基于量子点光漂白的光学元件亚表面缺陷检测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及光学元件亚表面缺陷的无损检测技术领域，具体涉及一种基于量子点光漂白的光学元件亚表面缺陷检测方法及系统。可以提高光学元件亚表面缺陷检测的准确性和精确性。本发明专利技术采用的技术方案为：1）光学元件和量子点标记物表征；2）使用量子点标记光学元件亚表面缺陷；3）光学元件亚表面缺陷荧光检测；4）采集亚表面缺陷荧光图像；5）提取缺陷荧光强度；6）定量分析亚表面缺陷中量子点的抗光漂白特性；7）光学元件亚表面缺陷检测。光学元件亚表面缺陷检测。光学元件亚表面缺陷检测。

【技术实现步骤摘要】
基于量子点光漂白的光学元件亚表面缺陷检测方法及系统


[0001]本专利技术涉及光学元件亚表面缺陷的无损检测
，具体涉及一种基于量子点光漂白的光学元件亚表面缺陷检测方法及系统。

技术介绍

[0002]随着空间望远镜、高能激光武器、惯性约束核聚变等光学系统的飞速发展，其对光学元件质量的要求越来越高。
[0003]光学元件在磨削、抛光等过程不可避免的会产生亚表面缺陷，影响元件的使用寿命和激光损伤阈值等性能，导致光学系统的性能下降，严重时甚至损害整个系统。例如，将天文望远镜放置在温差极大的太空环境中时，光学元件亚表面缺陷会进一步扩展到元件表面，从而严重破坏元件的表面质量，导致望远镜无法获取清晰可靠的图像。因此，光学元件亚表面缺陷的精确检测对指导光学元件加工工艺、提高光学系统的性能至关重要。
[0004]目前，光学元件亚表面缺陷检测方法分为破坏性检测和非破坏性检测。
[0005]破坏性检测常用的方法有氢氟酸腐蚀法、角度抛光法、磁流变抛光法等；其原理简单、易于实现且测试设备费用低廉，被广泛应用于无损检测有效性验证和材料质量控制，但其会在元件表面及亚表面产生附加的损伤，导致元件报废或失效，且检测效率低、测量精度过分依赖操作人员的经验。
[0006]非破坏性检测，如激光散射法、光学相干层析法、X射线衍射法等，能对抛光后元件的亚表面缺陷进行在线检测，但易受到元件表面粗糙度的影响，无法精确检测研磨后元件的亚表面缺陷，且不能实现对亚表面缺陷分布、深度的同时检测。因此，对研磨后光学元件的亚表面缺陷分布和深度进行无损精确检测面临严峻挑战。
[0007]量子点作为一种具有光致发光特性的荧光纳米颗粒，其作为荧光标记物被广泛应用于生命科学、光电子器件等领域。然而，量子点作为一种荧光材料，激发光强度过高、激发时间过长、激发次数过多都会导致其产生光漂白，不可逆的破坏激发态分子，限制测量的时间、次数以及实验的重复性，降低亚表面缺陷检测精度。因此，需要提出一种基于量子点光漂白的光学元件亚表面缺陷检测方法及系统，以实现对亚表面缺陷的高精度检测。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术提供一种基于量子点光漂白的光学元件亚表面缺陷检测方法及系统，可以提高光学元件亚表面缺陷检测的准确性和精确性。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于量子点光漂白的光学元件亚表面缺陷检测方法，其特征在于：
[0010]S1：光学元件和量子点标记物表征
[0011]使用拉曼光谱仪检测待测元件的自发荧光光谱，根据元件的自荧光谱的峰值确定所使用量子点的荧光发射峰值；
[0012]使用荧光分光光度计检测量子点的荧光发射光谱和荧光激发光谱，据此确定量子
点的激发波长和半峰宽，确定激光器和荧光滤光片的参数；
[0013]S2：使用量子点标记光学元件亚表面缺陷
[0014]将量子点加入研磨液，使量子点在加工过程中实现对光学元件亚表面缺陷的标记，加工后的元件使用含乙醇溶液的超声波清洗仪清洗，去除表面残留量子点和污染物；
[0015]S3：光学元件亚表面缺陷荧光检测
[0016]根据荧光显微成像原理，设计搭建光学元件亚表面缺陷荧光检测系统，采用光学元件亚表面缺陷荧光检测系统实现对亚表面缺陷的检测；
[0017]S4：采集亚表面缺陷荧光图像
[0018]使用光学元件亚表面缺陷荧光检测系统采集S2中加工的光学元件在不同激发强度、激发时间、激发次数的亚表面缺陷荧光图像；
[0019]S5：提取缺陷荧光强度
[0020]将步骤S4采集的图像变为灰度图像，使用灰度值表征缺陷荧光强度值；
[0021]S6：定量分析亚表面缺陷中量子点的抗光漂白特性
[0022]通过荧光强度随激发强度的变化，计算可得荧光转换效率随激发强度的变化；通过荧光强度随激发时间和激发次数的变化，计算可得分别在激发时间和激发次数下的荧光稳定性指数，根据荧光转换效率和荧光稳定性指数综合分析量子点的抗光漂白特性；
[0023]S7：光学元件亚表面缺陷检测
[0024]使用抗光漂白特性强的量子点标记光学元件亚表面缺陷，对元件亚表面缺陷的分布和深度进行检测，具体方法为：
[0025]通过亚表面缺陷荧光检测系统检测的亚表面缺陷分布情况；通过激光共聚焦显微镜对S2中加工的元件进行层析扫描，获得层析深度和荧光强度的关系，通过峰值所在位置即可得的亚表面缺陷深度。
[0026]所述步骤6)的具体方法为：
[0027]荧光转换效率η为亚表面缺陷中量子点荧光强度与激发光强度的比值，有：
[0028]I
F
＝ηI
L
ꢀꢀ
(1)
[0029]其中，I
F
为亚表面缺陷中量子点荧光强度，I
L
为激发光光强度，η为荧光转换效率。
[0030]荧光稳定指数β由下式计算：
[0031][0032]其中，n是进行的实验次数，x
i
是第i次实验所采集的荧光图像的荧光强度，是平均荧光强度。即由下式获得：
[0033][0034]基于量子点光漂白的光学元件亚表面缺陷检测方法中所采用的光学元件亚表面缺陷荧光检测系统，其特征在于：所述系统包括光纤耦合激光器、熔石英光学元件、微位移平台、光电探测器、荧光滤光片、光学镜头、计算机，所述的熔石英光学元件设置于微位移平台上，计算机控制微位移平台，光电探测器与计算机连接，激光器发出的激光斜射入熔石英
光学元件某处，该处的亚表面缺陷产生的荧光依次进入光学镜头、荧光滤光片和光电探测器。
[0035]所述的荧光滤光片的参数由量子点的荧光发射光谱确定；激光器的激光波长由量子点的荧光发射光谱决定。
[0036]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和效果：
[0037]1)本专利技术使用抗光漂白特性强的量子点标记光学元件亚表面缺陷，实现对亚表面缺陷分布和深度的高精度检测，使用该方法可分析某种量子点是否适合于亚表面缺陷检测，最大限度地实现对亚表面缺陷荧光的精确检测，进一步提高亚表面缺陷检测的检测精度和灵敏度。
[0038]2)本专利技术方法可确定用于亚表面缺陷检测的量子点，有利于充分探究光学元件的亚表面缺陷形成机理，指导光学元件加工工艺，实现对光学元件的超微损伤加工，进而提高光学系统的性能。
附图说明
[0039]图1为本专利技术具体实施的流程图；
[0040]图2为光学元件亚表面缺陷荧光检测系统；
[0041]图3为熔石英光学元件亚表面缺陷的自发荧光光谱；
[0042]图4为量子点的荧光发射光谱；
[0043]图5光学元件亚表面缺陷荧光强度随激发强度的变化关系图；
[0044]图6为光学元件亚表面缺陷荧光转换效率随激发强度的变化关系图；
[0045]图7为光学元件亚表面缺陷荧光强度随激发时间的变化关系图；
[0046]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于量子点光漂白的光学元件亚表面缺陷检测方法，其特征在于：S1：光学元件和量子点标记物表征使用拉曼光谱仪检测待测元件的自发荧光光谱，根据元件的自荧光谱的峰值确定所使用量子点的荧光发射峰值；使用荧光分光光度计检测量子点的荧光发射光谱和荧光激发光谱，据此确定量子点的激发波长和半峰宽，确定激光器和荧光滤光片的参数；S2：使用量子点标记光学元件亚表面缺陷将量子点加入研磨液，使量子点在加工过程中实现对光学元件亚表面缺陷的标记，加工后的元件使用含乙醇溶液的超声波清洗仪清洗，去除表面残留量子点和污染物；S3：光学元件亚表面缺陷荧光检测根据荧光显微成像原理，设计搭建光学元件亚表面缺陷荧光检测系统，采用光学元件亚表面缺陷荧光检测系统实现对亚表面缺陷的检测；S4：采集亚表面缺陷荧光图像使用光学元件亚表面缺陷荧光检测系统采集S2中加工的光学元件在不同激发强度、激发时间、激发次数的亚表面缺陷荧光图像；S5：提取缺陷荧光强度将步骤S4采集的图像变为灰度图像，使用灰度值表征缺陷荧光强度值；S6：定量分析亚表面缺陷中量子点的抗光漂白特性通过荧光强度随激发强度的变化，计算可得荧光转换效率随激发强度的变化；通过荧光强度随激发时间和激发次数的变化，计算可得分别在激发时间和激发次数下的荧光稳定性指数，根据荧光转换效率和荧光稳定性指数综合分析量子点的抗光漂白特性。S7：光学元件亚表面缺陷检测使用抗光漂白特性强的量子点标记光学元件亚表面缺陷，对元件亚表面缺陷的分布和深度进行检测，具体方法为：通过亚表面缺陷荧光检测系统检测的亚表面缺陷分布情况；通过激光共聚焦显微镜对S2中加工的元件进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘雪莲，王春阳，崔亚娜，肖博，吴亚杰，李容，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：