【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学元件亚表面缺陷的无损检测，具体涉及一种基于荧光偏振调制的光学元件亚表面缺陷超分辨成像方法。
技术介绍
1、光学元件是惯性约束核聚变系统、高能激光武器、空间望远系统的核心组件，负责激光的频率转换以及激光的聚焦等功能，要承受三倍频激光的最高通量，最易发生激光损伤。光学元件在加工过程中会不可避免划痕、裂纹等亚表面缺陷，会对激光产生调制作用，引发热效应，致使元件的局部温度过高，易导致热炸裂，从而降低了激光的诱导损伤阈值。无损检测可以对光学元件加工中的亚表面缺陷进行精确检测，从而指导对光学元件的超精密加工工艺。而对亚表面缺陷的成像效果影响着无损检测的精确性，因此，光学元件亚表面缺陷精确成像对保证光学元件高质量加工生产有着重要意义。
2、荧光显微成像法是一种借助荧光分子标记亚表面缺陷进行显微成像的方法，具有直观性强，成像速度快等特点。常用的荧光分子有荧光蛋白、合成类小分子、聚合物染料、有机荧光分子和量子点等。2010年，在艾斯维尔期刊《使用量子点对玻璃上的亚表面损伤的深度和形貌进行评估》一文中，首次将量子点加入在研磨液中用来标记光学元件的亚表面裂纹损伤，实现了对光学元件亚表面缺陷的深度成像，证明了量子点作为荧光标记物能够实现对光学元件亚表面缺陷的成像；2018年，在中南大学学报发表的《荧光法测量光学元件亚表面损伤深度的实验研究》一文中，利用量子点标记光学元件亚表面缺陷结合共聚焦荧光显微镜检测光学元件亚表面缺陷深度，验证了无损荧光显微检测的有效性，纵向分辨率为2.6um。2020年，在光学通讯《用于亚表面缺陷检测
3、综上所述，利用上述现有文献进行光学元件亚表面缺陷研究的方法中，均受限于光学系统的光学衍射极限，在普通宽场荧光显微镜下对亚表面缺陷的成像分辨率较低，不能直观精确地呈现出亚表面缺陷的形貌与位置。
4、为了解决这一问题，本专利技术利用经过偏振调制的激光使特定形态的荧光分子受激发光，可以增强缺陷图像的稀疏性，超越光学系统衍射极限，有效地提高亚表面缺陷成像精度，从而指导光学元件超精密加工，为进一步提高光学元件性能奠定了基础。
技术实现思路
1、本专利技术为解决现有方法受限于光学系统的光学衍射极限，在普通宽场荧光显微镜下对光学元件亚表面缺陷的成像分辨率较低，不能直观精确地呈现出亚表面缺陷的形貌与位置，同时荧光信号易受外界环境干扰等问题，提供一种基于荧光偏振调制的光学元件亚表面缺陷超分辨成像方法。
2、基于荧光偏振调制的光学元件亚表面缺陷超分辨成像方法，该方法由以下步骤实现：
3、步骤一、确定荧光分子的偏振特性；
4、步骤二、采用步骤一所述的荧光分子对光学元件亚表面缺陷进行标记；
5、步骤三、采用偏振方向连续变化的激发光照射受标记的光学元件表面，同时采集光学元件亚表面缺陷荧光图像序列；
6、步骤四、根据步骤三所述的荧光图像序列，建立光学元件亚表面缺陷的偏振显微成像的最优化模型，利用最速梯度下降法求解，获得光学元件亚表面缺陷的超分辨图像。
7、本专利技术的有益效果：
8、本专利技术所述的超分辨成像方法，利用荧光分子的偏振特性对光学元件亚表面缺陷进行成像，不受光漂白、激发光强度等因素的影响，解决了传统荧光强度测量法中荧光信号易受外界环境干扰的问题；并解决了在光学系统衍射极限的限制下，普通宽场显微成像系统中观察到的最小距离即横向分辨率大概200～300nm，不满足精密光学元件的加工检测需求。
9、本专利技术所述的超分辨成像方法，为了突破衍射极限得到分辨率更高的光学元件亚表面缺陷分布图像，将荧光分子的偏振特性应用于超分辨研究中。绝大部分荧光分子都是荧光偶极子，其光子吸收效率随激发光偏振方向的变化而发生改变，如图2中的(a)所示。由于存在衍射极限，两个相距很近的荧光分子成像后会形成一个夫琅禾费衍射像。如图2中的(b)所示，受不同偏振方向的激发光照射，两荧光分子虽然无法被准确区分，但是，其夫琅禾费衍射像的位置会随两荧光分子的光强变化发生改变。当两荧光分子不在同一时刻发光时，夫琅禾费衍射像的位置可以近似看成是荧光分子的位置。这一特征能够增强成像的稀疏性，同时最大限度地实现对荧光分子的精准定位，进一步提高亚表面缺陷检测的精度和灵敏度，对评价高精密光学元件质量具有一定的指导意义与应用价值。
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1.基于荧光偏振调制的光学元件亚表面缺陷超分辨成像方法，其特征是：该方法由以下步骤实现：
2.根据权利要求1所述的基于荧光偏振调制的光学元件亚表面缺陷超分辨成像方法，其特征在于：步骤一中，确定具有最优偏振特性的CdSe/ZnS量子点作为荧光分子。
3.根据权利要求2所述的基于荧光偏振调制的光学元件亚表面缺陷超分辨成像方法，其特征在于：步骤二中，将步骤一确定的量子点加入金刚砂研磨液中，对光学元件进行粗磨与精磨，使量子点在研磨过程中进入光学元件亚表面缺陷，对光学元件加工完成后进行清洗，去除光学元件表面残留的杂质和量子点。
4.根据权利要求1所述的基于荧光偏振调制的光学元件亚表面缺陷超分辨成像方法，其特征在于：步骤三中，搭建荧光偏振调制显微成像系统，连续调制激光偏振方向，采集受标记的光学元件亚表面缺陷的荧光图像序列；
5.根据权利要求1所述的基于荧光偏振调制的光学元件亚表面缺陷超分辨成像方法，其特征在于：步骤四的具体过程为：
6.根据权利要求5所述的基于荧光偏振调制的光学元件亚表面缺陷超分辨成像方法，其特征在于：步骤四一中，所
7.根据权利要求5所述的基于荧光偏振调制的光学元件亚表面缺陷超分辨成像方法，其特征在于：步骤四二中，向所述荧光分子响应光强Il中引入荧光分子的偏振信息，荧光分子响应光强与其最大偏振响应方向和激发光瞬时偏振方向有关，如下式：
8.根据权利要求5所述的基于荧光偏振调制的光学元件亚表面缺陷超分辨成像方法，其特征在于：步骤四四中，通过对所述最优化模型进行求解，即：建立真实的荧光分子图像序列gl以及真实的系统背景噪声分布b的递归序列，如下式：
...【技术特征摘要】
1.基于荧光偏振调制的光学元件亚表面缺陷超分辨成像方法，其特征是：该方法由以下步骤实现：
2.根据权利要求1所述的基于荧光偏振调制的光学元件亚表面缺陷超分辨成像方法，其特征在于：步骤一中，确定具有最优偏振特性的cdse/zns量子点作为荧光分子。
3.根据权利要求2所述的基于荧光偏振调制的光学元件亚表面缺陷超分辨成像方法，其特征在于：步骤二中，将步骤一确定的量子点加入金刚砂研磨液中，对光学元件进行粗磨与精磨，使量子点在研磨过程中进入光学元件亚表面缺陷，对光学元件加工完成后进行清洗，去除光学元件表面残留的杂质和量子点。
4.根据权利要求1所述的基于荧光偏振调制的光学元件亚表面缺陷超分辨成像方法，其特征在于：步骤三中，搭建荧光偏振调制显微成像系统，连续调制激光偏振方向，采集受标记的光学元件亚表面缺...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘雪莲，王煜超，王春阳，吴亚杰，李容，崔亚娜，肖博，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：
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