The invention discloses a dark field confocal subsurface detection device and method based on coaxial biconical lens. The light emitted by a point source passes through a collimating mirror to form a parallel light, which in turn passes through a beam expander, a conical lens and a conical lens to form a circular light, and the circular light converges to the sample to be measured through a spectroscopic prism and an objective lens; the reflected light and scattered light emitted by the sample to be measured pass through the objective lens in turn. The reflected light is occluded by the detection complementary diaphragm, and the scattered light passes through the detection complementary diaphragm, the collection lens and the detection pinhole in turn, and is incident to the photodetector. The invention adopts a beam expander and a group of symmetrically placed coaxial conical lenses to realize the annular illumination with adjustable duty ratio, and combines detection complementary diaphragm to achieve dark field confocal. It solves the problems of low signal-to-noise ratio of sub-surface damage detection by common confocal microscopy, non-adjustable duty ratio of occlusive annular light generator and large energy loss, and is suitable for non-destructive testing of sub-surface.
【技术实现步骤摘要】
基于同轴双圆锥透镜的暗场共焦亚表面检测装置和方法
本专利技术涉及光学精密测量
,更具体的说是涉及一种基于同轴双圆锥透镜占空比可变的暗场共焦亚表面无损检测装置和方法,可以实现从普通共焦显微系统到暗场共焦显微系统的变换,从而实现对亚表面损伤的精密测量。
技术介绍
随着现代科学技术的迅速发展,光学材料得到了广泛的应用,特别是航空航天、国防、军工、信息、微电子与光电子等尖端科学方面成为一种不可缺少的重要材料。光学元件的应用日益广泛,对光学元件的表面质量提出的更高的要求,这就需要光学制造业具备超精密加工水平,尽可能保证光学元件的表面粗糙度和面型精度。光学元件的加工一般分为磨削、研磨和抛光阶段。磨削和研磨是光学元件成形加工,基本满足光学元件的面形尺寸和粗糙度;在成形加工过程中,工件材料的去除主要是脆性碎裂,因而材料的去除率高。在这个阶段加工元件不可避免的引入了裂纹、划痕和杂质等亚表层损伤。光学元件亚表层损伤不但影响了光学元件的长期稳定性、镀膜质量和面形精度,而且直接降低了光学系统的使用寿命、成像质量和抗激光损伤阈值等。在强激光照射下,光学元件中存在的裂纹会引起光场强化,加工过程中引入的划痕会在材料内部形成集中的电磁场分布,容易引起自聚焦、电子崩离等,亚表层损伤中的杂质对激光能量的强烈吸收会造成局部高温,形成热应力,引起材料拉裂或者破碎。另外,光学元件的损伤点尺寸会随着照射数量的增加呈指数增长,并且产生强烈的散射和光束调制,从而严重影响光束的能量集中度,降低以至于丧失光学系统的性能。光学元件抗激光损伤能力低下已经成为拟制激光器提高能量密度的重要阻碍,所以研究缺陷诱 ...
【技术保护点】
1.基于同轴双圆锥透镜的暗场共焦亚表面检测装置,其特征在于,包括:照明系统和探测系统;所述照明系统包括点光源(1)、准直镜(2)、扩束器(3)、圆锥透镜一(4)、圆锥透镜二(5)、分光棱镜(7)和物镜(8);所述点光源(1)发出的光经所述准直镜(2)后形成平行光,所述平行光依次经所述扩束器(3)、所述圆锥透镜一(4)和所述圆锥透镜二(5)形成环形光,所述环形光依次经所述分光棱镜(7)和所述物镜(8)聚焦至待测样品(9)上;所述探测系统包括所述物镜(8)、所述分光棱镜(7)、探测互补光阑(10)、收集透镜(11)、探测针孔(12)和光电探测器(13);所述待测样品(9)发出的反射光和散射光经所述物镜(8)透射至所述分光棱镜(7)后,入射至所述探测互补光阑(10),所述探测互补光阑(10)遮挡所述反射光,且所述散射光依次经所述收集透镜(11)和所述探测针孔(12)入射至所述光电探测器(13);所述照明系统和所述探测系统共用所述分光棱镜(7)和所述物镜(8)。
【技术特征摘要】
1.基于同轴双圆锥透镜的暗场共焦亚表面检测装置,其特征在于,包括:照明系统和探测系统;所述照明系统包括点光源(1)、准直镜(2)、扩束器(3)、圆锥透镜一(4)、圆锥透镜二(5)、分光棱镜(7)和物镜(8);所述点光源(1)发出的光经所述准直镜(2)后形成平行光,所述平行光依次经所述扩束器(3)、所述圆锥透镜一(4)和所述圆锥透镜二(5)形成环形光,所述环形光依次经所述分光棱镜(7)和所述物镜(8)聚焦至待测样品(9)上;所述探测系统包括所述物镜(8)、所述分光棱镜(7)、探测互补光阑(10)、收集透镜(11)、探测针孔(12)和光电探测器(13);所述待测样品(9)发出的反射光和散射光经所述物镜(8)透射至所述分光棱镜(7)后,入射至所述探测互补光阑(10),所述探测互补光阑(10)遮挡所述反射光,且所述散射光依次经所述收集透镜(11)和所述探测针孔(12)入射至所述光电探测器(13);所述照明系统和所述探测系统共用所述分光棱镜(7)和所述物镜(8)。2.根据权利要求1所述的基于同轴双圆锥透镜的暗场共焦亚表面检测装置,其特征在于,所述照明系统还包括光学导轨(6),所述圆锥透镜一(4)和所述圆锥透镜二(5)同轴对称设置在所述光学导轨(6)上,且通过调节所述圆锥透镜一(4)和所述圆锥透镜二(5)之间的距离改变所述环形光内径与外径的大小。3.根据权利要求2所述的基于同轴双圆锥透镜的暗场共焦亚表面检测装置,其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员:刘俭,刘婧,王宇航,刘辰光,谭久彬,
申请(专利权)人:哈尔滨工业大学,
类型:发明
国别省市:黑龙江,23
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