吸收性缺陷单光束光热测量装置和测量方法制造方法及图纸

一种吸收性缺陷单光束光热测量装置和测量方法，该装置包括共光路型和非共光路型结构。本发明专利技术光路结构简单，便于安装调试。测量结果稳定，避免环境振动、样品倾斜导致的测量信号异常。通过探测光斑边缘的光束的功率变化，系统的测量灵敏度得到显著提升。

【技术实现步骤摘要】
吸收性缺陷单光束光热测量装置和测量方法
本专利技术涉及缺陷检测领域，特别是一种针对光学元件表面吸收性缺陷的测量装置和测量方法。
技术介绍
强激光系统使用的光学元件的损伤问题一直是限制装置输出通量提升的核心因素。光学材料在生长过程中引入的溶液中的金属杂质，研磨、抛光、修形后表面残留的抛光液、磁流变液等金属、非金属杂质，以及镀膜后，膜层内的节瘤缺陷都具有比光学元件自身更高的吸收。这些缺陷作为光吸收中心，在高能量激光辐照下，对激光产生强烈吸收，超过元件的可承受范围，造成元件损伤。目前用于缺陷探测的方法主要包括显微散射暗场成像法、荧光显微成像法和光热扫描成像法。显微散射暗场成像法主要针对划痕、麻点等结构性缺陷，利用缺陷产生的散射光进行成像探测。上述金属、非金属等杂质离子等缺陷对入射光几乎不产生散射，显微散射暗场成像法不能有效探测到这些视觉不可见的缺陷。荧光显微成像法利用缺陷在短波长激光激发下产生的荧光进行成像，荧光显微成像探测灵敏度低，且无法探测激光辐照下不发光的吸收性缺陷。传统的光热扫描成像技术基于光热效应，泵浦光照射元件表面使其产生热形变，探测光测量该区域的热形变程度。该方法能够探测上述吸收性缺陷，灵敏度高，但测量光路复杂，调节难度大，两个光斑重叠程度对探测灵敏度影响大，尤其是扫描较大尺寸元件的表面时，环境振动、样品倾斜都会让两个光斑重叠程度发生显著变化，甚至可能不重叠，导致测量信号不均匀或无信号，容易漏检或误识别吸收性缺陷。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种吸收性缺陷单光束光热测量装置和测量方法。该测量装置的光路结构简单，便于安装调试。测量结果稳定，避免环境振动、样品倾斜导致的测量信号异常。通过探测光斑边缘的光束的功率变化，系统的测量灵敏度得到显著提升。该方法利用缺陷与材料基底的吸收差异，通过单光束即可探测缺陷区域的吸收异常。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术吸收性缺陷单光束光热测量包括共光路型和非共光路型两种：一种共光路型吸收性缺陷单光束光热测量装置，其特点在于，包括激光器、扩束器、功率调节器、分束器、功率计、斩波器、偏振分束器、四分之一波片、反射镜、振镜扫描器、扫描透镜、会聚透镜、挡板光阑、光电探测器、锁相放大器、XYZ位移平台和计算机，待测样品置于所述的XYZ位移平台上；沿所述的激光器发出的光束的方向依次为所述的扩束器、功率调节器、分束器，所述的分束器将入射光束分为强度不同的弱反射光和强透射光，沿所述的弱反射光方向是所述的功率计，沿所述的强透射光方向依次是所述的斩波器、偏振分束器、四分之一波片、反射镜、振镜扫描器和扫描透镜；所述的强透射光束被所述的斩波器调制；调制入射光经所述的偏振分束器后输出p偏振光，该p偏振光经过所述的四分之一波片后输出圆偏振光；该圆偏振光经过所述的振镜扫描器和扫描透镜后聚焦入射到待测样品表面；所述的待测样品的表面在激光照射下产生热形变；被热形变调制的反射光依次通过所述的扫描透镜、振镜扫描器、反射镜和四分之一波片后，成为s偏振光；该s偏振光经过所述的偏振分束器反射后，经所述的会聚透镜聚焦；该聚焦光束通过所述的挡板光阑后，光斑边缘的光束被所述的光电探测器接收；所述的斩波器的调制频率作为参考信号，经过线缆输入所述的锁相放大器第二输入端；所述的光电探测器采集的信号作为测量信号，输入所述的锁相放大器第一输入端；所述的计算机的控制信号输出端分别与所述的XYZ位移平台的控制端及振镜扫描器的控制端连接，所述的锁相放大器的输出端与所述的计算机的输入端连接。一种非共光路型吸收性缺陷单光束光热测量装置，其特点在于，包括激光器、扩束器、功率调节器、分束器、功率计、斩波器、会聚透镜、挡板光阑、光电探测器、锁相放大器、XYZ位移平台、计算机和第二会聚透镜，待测样品置于所述的XYZ位移平台上；沿所述的激光器发出的光束的方向依次为所述的扩束器、功率调节器、分束器，该分束器将入射光束分为强度不同的弱反射光和强透射光，沿所述的弱反射光方向是所述的功率计，沿所述的强透射光方向是所述的斩波器，强透射光被该斩波器调制后经所述的第二会聚透镜聚焦照射所述的待测样品，在所述的待测样品的反射光方向依次是所述的挡板光阑、会聚透镜和光电探测器，该光电探测器的输出端与所述的锁相放大器第一输入端相连，所述的斩波器的调制频率作为参考信号，参考信号输出端经过线缆与所述的锁相放大器第二输入端相连，所述的锁相放大器的输出端与所述的计算机的输入端相连，该计算机的控制信号输出端与所述的XYZ位移平台的控制端相连。所述的挡板光阑制作方式为，在圆形0.5mm厚的熔石英玻璃表面镀圆形的铝膜或铬膜；镀膜区域的透过率≤0.01％；镀膜区域的半径大于入射到挡板光阑处的光斑的束腰半径，使通过的光束的功率小于入射到挡板光阑处的光束的功率的1％；利用共光路型吸收性缺陷单光束光热测量装置进行光学元件表面吸收性缺陷的测量方法，该方法包括下列步骤：1)将所述的待测样品置于XYZ位移平台上，所述的计算机驱动所述的XYZ位移平台沿Z方向移动待测样品，使待测样品的表面处于所述的扫描透镜的焦点附近；2)将所述的斩波器的调制频率设置为f，将所述的锁相放大器的解调频率设置为所述的斩波器的调制频率的2倍，即2f；3)所述的计算机驱动所述的振镜扫描器的内部扫描反射镜使聚焦光斑在所述的样品表面沿X和Y方向移动，形成光栅扫描；光斑沿X和Y方向移动的步进量为聚焦到待测样品表面的光斑的直径；4)在测量点，所述的光电探测器的测量信号输入所述的锁相放大器，经所述的锁相放大器解调后向所述的计算机输出其二次谐波(2f)的幅值；所述的计算机实时记录该测量点的幅值；5)在所述的计算机的控制下，所述的XYZ位移平台将所述的待测样品沿X或Y方向移动到下一个测量区域，返回步骤3)，直至完成所述的待测样品的全部测量；6)所述的计算机将记录的信号幅值绘制成吸收性缺陷二维分布图并进行分析，给出分析报告，完成该待测样品吸收性缺陷测试。利用非共光路型吸收性缺陷单光束光热测量装置进行光学元件表面吸收性缺陷的测量方法，该方法包括下列步骤：1)将所述的待测样品置于XYZ位移平台上，在所述的计算机的控制下，所述的XYZ位移平台上沿Z方向移动待测样品，使待测样品的表面处于所述的第二会聚透镜的焦点附近；2)将所述的斩波器的调制频率设置为f，将所述的锁相放大器的解调频率设置为所述的斩波器的调制频率的2倍，即2f；3)所述的计算机驱动所述的XYZ位移平台运动，使经所述的第二会聚透镜输出的聚焦光斑在所述的待测样品的表面沿X和Y方向移动，光斑沿X和Y方向移动的步进量为聚焦到待测样品表面的光斑的直径；4)在测量点，所述的光电探测器的测量信号输入所述的锁相放大器，经所述的锁相放大器解调后向所述的计算机输出其二次谐波(2f)的幅值；所述的计算机实时记录该测量点的幅值；5)在所述的计算机的控制下，所述的XYZ位移平台将所述的待测样品沿X或Y方向移本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种吸收性缺陷单光束光热测量装置，其特征在于，包括激光器(1)、扩束器(2)、功率调节器(3)、分束器(4)、功率计(5)、斩波器(6)、偏振分束器(7)、四分之一波片(8)、反射镜(9)、振镜扫描器(10)、扫描透镜(11)、会聚透镜(13)、挡板光阑(14)、光电探测器(15)、锁相放大器(16)、XYZ位移平台(17)和计算机(18)，待测样品(12)置于所述的XYZ位移平台(17)上；/n沿所述的激光器(1)发出的光束的方向依次为所述的扩束器(2)、功率调节器(3)、分束器(4)，所述的分束器(4)将入射光束分为强度不同的弱反射光和强透射光，沿所述的弱反射光方向是所述的功率计(5)，沿所述的强透射光方向依次是所述的斩波器(6)、偏振分束器(7)、四分之一波片(8)、反射镜(9)、振镜扫描器(10)和扫描透镜(11)；/n所述的强透射光束被所述的斩波器(6)调制；调制入射光经过所述的偏振分束器(7)后输出p偏振光，该p偏振光经过所述的四分之一波片(8)后输出圆偏振光；该圆偏振光经过所述的振镜扫描器(10)和扫描透镜(11)后聚焦入射到待测样品(12)表面；所述的待测样品(12)的表面在激光照射下产生热形变；被热形变调制的反射光依次通过所述的扫描透镜(11)、振镜扫描器(10)、反射镜(9)和四分之一波片(8)后，成为s偏振光；该s偏振光经过所述的偏振分束器(7)反射后，经所述的会聚透镜(13)聚焦；该聚焦光束通过所述的挡板光阑(14)后，光斑边缘的光束被所述的光电探测器(15)接收；/n所述的斩波器(6)的调制频率作为参考信号，经过线缆输入所述的锁相放大器(16)第二输入端；所述的光电探测器(15)采集的信号作为测量信号，输入所述的锁相放大器(16)第一输入端；/n所述的计算机(18)的控制信号输出端分别与所述的XYZ位移平台(17)的控制端及振镜扫描器(10)的控制端连接，所述的锁相放大器(16)的输出端与所述的计算机(18)的输入端连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种吸收性缺陷单光束光热测量装置，其特征在于，包括激光器(1)、扩束器(2)、功率调节器(3)、分束器(4)、功率计(5)、斩波器(6)、偏振分束器(7)、四分之一波片(8)、反射镜(9)、振镜扫描器(10)、扫描透镜(11)、会聚透镜(13)、挡板光阑(14)、光电探测器(15)、锁相放大器(16)、XYZ位移平台(17)和计算机(18)，待测样品(12)置于所述的XYZ位移平台(17)上；
沿所述的激光器(1)发出的光束的方向依次为所述的扩束器(2)、功率调节器(3)、分束器(4)，所述的分束器(4)将入射光束分为强度不同的弱反射光和强透射光，沿所述的弱反射光方向是所述的功率计(5)，沿所述的强透射光方向依次是所述的斩波器(6)、偏振分束器(7)、四分之一波片(8)、反射镜(9)、振镜扫描器(10)和扫描透镜(11)；
所述的强透射光束被所述的斩波器(6)调制；调制入射光经过所述的偏振分束器(7)后输出p偏振光，该p偏振光经过所述的四分之一波片(8)后输出圆偏振光；该圆偏振光经过所述的振镜扫描器(10)和扫描透镜(11)后聚焦入射到待测样品(12)表面；所述的待测样品(12)的表面在激光照射下产生热形变；被热形变调制的反射光依次通过所述的扫描透镜(11)、振镜扫描器(10)、反射镜(9)和四分之一波片(8)后，成为s偏振光；该s偏振光经过所述的偏振分束器(7)反射后，经所述的会聚透镜(13)聚焦；该聚焦光束通过所述的挡板光阑(14)后，光斑边缘的光束被所述的光电探测器(15)接收；
所述的斩波器(6)的调制频率作为参考信号，经过线缆输入所述的锁相放大器(16)第二输入端；所述的光电探测器(15)采集的信号作为测量信号，输入所述的锁相放大器(16)第一输入端；
所述的计算机(18)的控制信号输出端分别与所述的XYZ位移平台(17)的控制端及振镜扫描器(10)的控制端连接，所述的锁相放大器(16)的输出端与所述的计算机(18)的输入端连接。


2.一种吸收性缺陷单光束光热测量装置，其特征在于，包括激光器(1)、扩束器(2)、功率调节器(3)、分束器(4)、功率计(5)、斩波器(6)、会聚透镜(13)、挡板光阑(14)、光电探测器(15)、锁相放大器(16)、XYZ位移平台(17)、计算机(18)和第二会聚透镜(19)，待测样品(12)置于所述的XYZ位移平台(17)上；
沿所述的激光器(1)发出的光束的方向依次为所述的扩束器(2)、功率调节器(3)、分束器(4)，该分束器(4)将入射光束分为强度不同的弱反射光和强透射光，沿所述的弱反射光方向是所述的功率计(5)，沿所述的强透射光方向是所述的斩波器(6)，强透射光被该斩波器(6)调制后经所述的第二会聚透镜(19)聚焦照射所述的待测样品(12)，在所述的待测样品(12)的反射光方向依次是所述的挡板光阑(14)、会聚透镜(13)和光电探测器(15)，该光电探测器(15)的输出端与所述的锁相放大器(16)第一输入端相连，所述的斩波器(6)的调制频率作为参考信号，参考信号输出端经过线缆与所述的锁相放大器(16)第二输入端相连，所述的锁相放大器(16)的输出端与所述的计算机(18)的输入端相连，该计算机(18)的控制信号输...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘世杰，倪开灶，邵建达，王微微，徐天柱，李英甲，鲁棋，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，上海恒益光学精密机械有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31