[发明专利]基于圆二向色性暗场非线性热波共焦显微测量装置与方法

说明书

本发明涉及一种基于圆二向色性暗场非线性热波共焦显微测量装置和方法，装置包括：时分复用圆偏光产生模块，用于将偏振激光分为左右旋圆偏光，调制后耦合；热波探测光整形模块，用于将耦合的光束整形成环形光；热波泵浦光产生模块，用于产生热波泵浦光；光束照明模块，用于利用环形光和热波泵浦光合束后的光束对待测样品进行扫描；暗场非线性热波探测模块，用于过滤出扫描光束中的热波散射光，根据热波散射光得到暗场热波信号，对暗场热波信号进行解调得到圆二向色性暗场热波成像结果。通过本发明可获取多种几何缺陷的三维分布信息以及缺陷的手性检测。

技术领域

本发明涉及光学精密测量技术技术领域，更具体的说是涉及基于圆二向色性暗场非线性热波共焦显微测量装置与方法。

背景技术

高性能光学元件及光学材料在精密仪器制造和重大光学工程研究中有着广泛的应用，是光学系统性能的根基，而光学元件及光学材料表面和亚表面中的机械结构、化学成分以及晶格结构缺陷对高分辨率精密检测起着重要的作用，其中，光学元件的手性结构缺陷影响突出，主要表现为严重影响入射光束的光场分布情况，降低光斑质量。

目前，暗场共焦显微测量技术为光学元件无损三维检测的重要手段，且具有良好的光学层析能力、较高的成像分辨率以及暗背景带来的较高成像对比度等优势，但普通光学暗场共焦显微测量技术仅能实现样品的几何缺陷检测，如划痕、气泡等，而无法获取缺陷的手性检测。

因此，提出一种暗场共焦显微测量装置与方法，以更准确地实现缺陷识别及分类，以及更为全面地表征光学元件及材料的缺陷特性，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的问题是提供一种基于圆二向色性暗场非线性热波共焦显微测量装置和方法，通过直接分析单一圆偏振泵浦光激发下的热波散射信号，提取亚表面划痕、磨损及亚表面裂痕、气泡等几何缺陷的三维分布信息；通过分析左右旋圆偏振泵浦光激发下的热波散射信号差值，获取微纳结构的手性信息。通过本发明提供的测量装置及方法，解决了普通暗场共聚焦技术成像模式单一的问题，突破了无法获取缺陷的多种物性的应用瓶颈。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明公开了一种基于圆二向色性的暗场非线性热波共焦显微测量装置，包括时分复用圆偏光产生模块、热波探测光整形模块、热波泵浦光产生模块、光束照明模块和暗场非线性热波探测模块；

所述时分复用圆偏光产生模块通过偏振光栅将偏振激光分为左旋圆偏光和右旋圆偏光，所述左旋圆偏光和所述右旋圆偏光分别经声光调制器调制后，进入光纤耦合器耦合，得到耦合的光束；

所述热波探测光整形模块用于将所述耦合的光束整形成环形光；

所述热波泵浦光产生模块用于产生热波泵浦光，所述热波泵浦光具有和所述左旋圆偏光以及所述右旋圆偏光相同强度的分量；

所述光束照明模块利用所述环形光和所述热波泵浦光合束后的光束对待测样品进行扫描，得到扫描后的光束；

所述暗场非线性热波探测模块用于过滤出所述扫描后的光束中的热波散射光，所述热波散射光经锁相放大器探测后得到暗场热波信号，对所述暗场热波信号进行解调得到圆二向色性暗场热波成像结果。

优选的，所述时分复用圆偏光产生模块按照光线传播方向依次包括：激光器一1、半波片一2、偏振光栅3，所述偏振光栅3用于分光产生左旋圆偏光和右旋圆偏光，所述左旋圆偏光的光路依次包括：反射镜一4、声光调制器一6、光纤准直镜一8，所述右旋圆偏光的光路依次包括反射镜二5、声光调制器二7、光纤准直镜二9；所述左旋圆偏光的光路和所述右旋圆偏光的光路输出的光束经光纤耦合器10耦合后，由光纤准直镜三11传播至所述热波探测光整形模块。