本发明专利技术公开了一种亚微米量级的玻璃亚表面缺陷检测装置及方法。该装置光源部分包括超连续发光光谱光源和单模光纤环形器；参考臂和样品臂部分包括第一准直透镜、45°柱形反射镜、参考物镜、参考反射镜、二维扫描振镜、样品物镜和待测件；探测臂部分包括第二准直透镜、透射光栅、聚焦透镜、光电探测器和计算机。方法为：参考臂和样品臂的光沿原路返回到单模光纤环形器，两臂光束相遇产生干涉；干涉光束经透射光栅分光后，再由聚焦透镜聚焦在光电探测器的不同像元上，光电探测器将采集到的信号输入计算机，进行处理得到不同位置的断层图像。本发明专利技术采用超宽带光源，高倍数值孔径成像物镜，以及共光路成像结构，获取了亚微米量级的玻璃亚表面裂纹三维结构。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了。该装置光源部分包括超连续发光光谱光源和单模光纤环形器；参考臂和样品臂部分包括第一准直透镜、45°柱形反射镜、参考物镜、参考反射镜、二维扫描振镜、样品物镜和待测件；探测臂部分包括第二准直透镜、透射光栅、聚焦透镜、光电探测器和计算机。方法为：参考臂和样品臂的光沿原路返回到单模光纤环形器，两臂光束相遇产生干涉；干涉光束经透射光栅分光后，再由聚焦透镜聚焦在光电探测器的不同像元上，光电探测器将采集到的信号输入计算机，进行处理得到不同位置的断层图像。本专利技术采用超宽带光源，高倍数值孔径成像物镜，以及共光路成像结构，获取了亚微米量级的玻璃亚表面裂纹三维结构。【专利说明】
本专利技术涉及光学相干层析成像术(Optical Coherence Tomography,0CT)技术领 域，特别是。
技术介绍
光学相干层析成像术(Optical Coherence，0CT)是一种应用在生物组织上的非侵 入，无损伤，高分辨率，高灵敏度的实时成像方法。1991年，美国麻省理工学院的Fu jimoto研 究小组，采用光源为中心波长为830nm的超发光二极管，利用光学低相干反射仪(Optical Low Coherence Reflectometer，0LCR)对生物组织成像，首次提出光学相干层析成像的理 念。该装置主要是基于迈克尔逊干涉仪的低相干成像，因此该装置采用宽带光源，分别从参 考臂返回的光和从样品不同深度返回的后向散射光在分束器处相遇，相干叠加，然后由光 电探测器接收，计算机进行后续的算法处理。随后该技术引起国内外研究小组的关注，如美 国杜克大学的Izatt研究小组，美国麻省总医院的Tearney研究小组，清华大学等。早期的光 学相干层析成像术称为时域0CT，该技术存在一定的局限性:对机械装置的要求太高，成本 太贵。为了实现深度扫描，该装置需将参考反射镜载物台换为精密机械位移平台，实现深度 方向的精密移动;为了实现三维成像，该装置在样品载物台还需设置一个二维精密位移平 台，实现横向上的扫描。此外，该系统的灵敏度，信噪比等成像性能也有待提高。2003年，频 域OCT的出现带来了成像领域的又一次革新。该技术一定程度上解决了时域OCT机械扫描的 问题，通过光谱仪探测干涉光谱的方法，省去了时域OCT中的深度机械扫描，不仅提高了成 像速度，降低了成本，也减小了机械运动，从而可以实现高灵敏度高信噪比成像。根据光源 和探测方式的不同，频域OCT可以分为扫频OCT和谱域OCT。扫频OCT采用高速可调谐扫频光 源和单点探测的方式，实现对干涉光谱的检测。谱域OCT利用宽带光源和光谱仪，一次性完 成干涉光谱的检测。目前谱域OCT的成像分辨率约为10,近两年极少数研究小组(Tearney研 究小组等)采用超宽带激光器获得分辨率约1的生物组织成像结果。 玻璃亚表面亚微米量级的裂纹是光学元件在机械加工的过程中引入的机械损伤。 该裂纹的大小约1，位于玻璃表面以下的200以内。在光学成像等应用中，裂纹的出现会导致 成像结果下降或者产生测量误差;尤其在强激光光源的应用过程中，有可能会带来极大的 危害。因此，测量评估玻璃亚表面微米量级的裂纹十分重要。传统的判定裂纹的方法有腐蚀 法和测量表面粗糙度法，腐蚀法破坏了裂纹本身的形态，只能判定裂纹的横向位置，不能得 到其延展深度;测量表面粗糙度法，得到玻璃表面粗糙度从而估计玻璃裂纹的最大深度，不 能得到局部数据。而利用光学成像手段检测玻璃裂纹的主要有全内反射显微成像术，共聚 焦显微成像术等，但由于在成像分辨率和成像深度方面的局限性，都很难实现玻璃亚表面 亚微米量级的裂纹的三维探测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种分辨率高、灵敏度强、实时性好的亚微米量级的玻璃 亚表面缺陷检测装置及方法，以获取亚微米量级的玻璃亚表面裂纹三维结构。 实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种亚微米量级的玻璃亚表面缺陷检测装 置，该装置基于双光束低相干干涉成像原理，包括光源部分、参考臂与样品臂部分、探测臂 部分，其中光源部分包括超连续发光光谱光源和单模光纤环形器;参考臂和样品臂部分包 括第一准直透镜、45°柱形反射镜、参考物镜、参考反射镜、二维扫描振镜、样品物镜和待测 件;探测臂部分包括第二准直透镜、透射光栅、聚焦透镜、光电探测器和计算机； 所述超连续发光光谱光源发出宽带光束后，进入单模光纤环形器的输入端口 1，接 着光束从单模光纤耦合器的输出端口 2出射，经过第一准直透镜后，光束在空间域沿着第一 准直透镜的光轴传播;经第一准直透镜后传播的一部分光束进入参考臂，首先照射到45°柱 形反射镜上，经反射落在参考物镜上，经参考物镜聚焦后的光束最后入射至参考反射镜;经 第一准直透镜后传播的其余光束沿光轴继续传播进入样品臂，然后经二维扫描振镜反射后 入射至样品物镜上，样品物镜聚焦后的光束最后落在待测件上；由于光的可逆性，参考臂和 样品臂的光束分别从参考反射镜和待测件，沿原路返回到单模光纤环形器的输出端口 2,两 臂光束相遇产生干涉;干涉光束再从单模光纤环形器的输出端口 3出射，发散光束经过第二 准直透镜后形成平行光，该平行光入射至透射光栅上，然后经透射光栅分光，各波长的干涉 光以不同的出射角发散开来，接着入射至聚焦透镜，聚焦透镜将不同角度的干涉光聚焦在 光电探测器的不同像元上，最后光电探测器将采集到的信号输入计算机，进行后续图像重 建处理，从而得到不同位置的断层图像。 优选地，所述超连续发光光谱光源的出射波长范围为400~2400nm的宽带光。 优选地，所述的单模光纤环形器能够传导中心波长750~850nm、带宽大于400nm的 光束。 进一步地，所述第一准直物镜的焦距选择标准为:使得准直后的光束直径最大，且 完全打在样品臂的二维扫描振镜和样品物镜上。 优选地，所述的参考物镜与样品物镜的型号和尺寸完全相同，且数值孔径均大于 0.35〇优选地，所述二维扫描振镜的反射镜为中心波长750~850nm、带宽为600nm~ 1000 nm的宽带型反射镜。进一步地，所述第二准直透镜的焦距选取需要满足以下要求:使得准直后的平行 光束完全入射至透射式光栅上。 一种亚微米量级的玻璃亚表面缺陷检测方法，包括以下步骤： 步骤1，打开超连续发光光谱光源，将出射的宽带光耦合到单模光纤环形器的输入 端口 1，经光纤传导光束从单模光纤耦合器的输出端口 2出射；步骤2,调整第一准直透镜的位置，使得单模光纤耦合器的输出端口 2处于第一准 直透镜的后焦面，保证准直后的光束为平行光;经过第一准直透镜后，光束在空间域沿着第 一准直透镜后传播的一部分光束进入参考臂，首先照射到45°柱形反射镜上，调整45°柱形 反射镜的位置，使45°柱形反射镜位于平行光束的中心，且入射光和反射面成45°夹角，调节 参考物镜使得反射光束垂直入射至参考物镜表面，且光束光轴与参考物镜的中心轴重合； 经参考物镜聚焦后的光束最后入射至参考反射镜；步骤4,经第一准直透镜后传播的其余光束沿光轴继续传播进入样品臂，调节二维 扫描振镜的位置，保证入射光束的光轴和二维扫描振镜的转轴重合，经两次反射后光束入 射至样品物镜上，调节样品物镜使入射光束与样品物镜的表面垂直，且入射光束充满样品本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种亚微米量级的玻璃亚表面缺陷检测装置，其特征在于：该装置基于双光束低相干干涉成像原理，包括光源部分、参考臂与样品臂部分、探测臂部分，其中光源部分包括超连续发光光谱光源(1)和单模光纤环形器(2)；参考臂和样品臂部分包括第一准直透镜(3)、45°柱形反射镜(4)、参考物镜(5)、参考反射镜(6)、二维扫描振镜(7)、样品物镜(8)和待测件(9)；探测臂部分包括第二准直透镜(10)、透射光栅(11)、聚焦透镜(12)、光电探测器(13)和计算机(14)；所述超连续发光光谱光源(1)发出宽带光束后，进入单模光纤环形器(2)的输入端口1，接着光束从单模光纤耦合器(2)的输出端口2出射，经过第一准直透镜(3)后，光束在空间域沿着第一准直透镜(3)的光轴传播；经第一准直透镜(3)后传播的一部分光束进入参考臂，首先照射到45°柱形反射镜(4)上，经反射落在参考物镜(5)上，经参考物镜(5)聚焦后的光束最后入射至参考反射镜(6)；经第一准直透镜(3)后传播的其余光束沿光轴继续传播进入样品臂，然后经二维扫描振镜(7)反射后入射至样品物镜(8)上，样品物镜(8)聚焦后的光束最后落在待测件(9)上；由于光的可逆性，参考臂和样品臂的光束分别从参考反射镜(6)和待测件(9)，沿原路返回到单模光纤环形器(2)的输出端口2，两臂光束相遇产生干涉；干涉光束再从单模光纤环形器(2)的输出端口3出射，发散光束经过第二准直透镜(10)后形成平行光，该平行光入射至透射光栅(11)上，然后经透射光栅(11)分光，各波长的干涉光以不同的出射角发散开来，接着入射至聚焦透镜(12)，聚焦透镜(12)将不同角度的干涉光聚焦在光电探测器(13)的不同像元上，最后光电探测器(13)将采集到的信号输入计算机(14)，进行后续图像重建处理，从而得到不同位置的断层图像。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：高万荣，伍秀玭，张运旭，郭英呈，朱珊珊，史伟松，刘浩，廖九零，朱越，卞海溢，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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