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原文传递一种可同时检测光学元件表面和亚表面缺陷的装置及方法

专利名称：	一种可同时检测光学元件表面和亚表面缺陷的装置及方法
摘要：	本发明公开了一种可同时检测光学元件表面和亚表面缺陷的装置及方法，将激光诱导超声与激光散射检测技术结合起来，通过激光在待测光学元件表面及亚表面产生表面波，观测并分析亚表面缺陷在表面波运动调制下的静态光散射效应，通过分析散射光强和反射光强的幅值和相位变化实现对光学元件表面和亚表面缺陷的检测。本发明可用于精密光学元件的质量检测，尤其适用于对亚表面缺陷有严苛要求的超精密光学元件的成品检测。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	浙江;33
申请人：	浙江大学
发明人：	孙安玉;李智宏;居冰峰;王传勇;杨筱钰;孙泽青;杜慧林
专利状态：	有效
申请日期：	2018-11-13T00:00:00+0800
发布日期：	2019-04-23T00:00:00+0800
申请号：	CN201811343299.5
公开号：	CN109668838A
代理机构：	杭州求是专利事务所有限公司
代理人：	忻明年
分类号：	G01N21/19(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	310027 浙江省杭州市西湖区浙大路38号
主权项：	1.一种可同时检测光学元件表面和亚表面缺陷的装置，包括激光激发装置、激光干涉检测装置、激光散射检测装置、运动平台以及样品台，其特征在于：激光激发装置与激光干涉检测装置采用不同波长的激光；激光干涉检测装置与激光散射检测装置采用相同波长的激光；样品台与运动平台相连，待检测样品置于样品台上；运动平台可带动待检测样品在X、Y、Z三维空间中运动，对待检测样品表面及亚表面进行扫描检测。所述的激光激发装置包括激发激光器、扫描振镜以及长工作距离显微物镜，激发激光器产生脉冲式激发激光，扫描振镜将所述的激发激光在一个扫描平面内进行角度翻转，并从不同角度入射到长工作距离显微物镜中；所述的激光干涉检测装置包括检测激光器、法布里-珀罗谐振腔、二向色反射镜、干涉光电探测器以及干涉信号采样器；所述检测激光器产生连续检测激光；所述法布里-珀罗谐振腔包括准直透镜、分光棱镜、干涉棱镜、压电陶瓷移相器；干涉光电探测器安装在法布里-珀罗谐振腔的腔壁上，干涉光电探测器的探测面与压电陶瓷移相器的反光镜镜面平行且分布在干涉棱镜两侧；所述检测激光由检测激光器发出后，进入法布里-珀罗谐振腔；分光棱镜将检测激光分为两束，一束为干涉用检测激光，另一束散射用检测激光；干涉用检测激光经干涉棱镜后被分为两束，一束为移相激光，另一束为探测激光；移相激光垂直入射到压电陶瓷移相器上后返回；探测激光由法布里-珀罗谐振腔出射，并经由二向色反射镜反射到待测样品表面；经待测样品表面反射后的探测激光经二向色反射镜反射回到干涉棱镜，并与移相激光发生干涉。 2.如权利要求1所述的一种可同时检测光学元件表面和亚表面缺陷的装置，其特征在于：所述激发激光的波长在960纳米与1160纳米之间，最小脉冲的时域宽度小于1500皮秒；所述扫描振镜的反射镜中心点与长工作距离显微物镜的像方焦点重合，不同角度入射到长工作距离显微物镜中的激发激光在出射时会保持平行；所述长工作距离显微物镜的物方焦点落在待测样品表面上。 3.如权利要求2所述的一种可同时检测光学元件表面和亚表面缺陷的装置，其特征在于：所述检测激光的波长在490纳米与580纳米之间。 4.如权利要求3所述的一种可同时检测光学元件表面和亚表面缺陷的装置，其特征在于：激光散射检测装置包括反射镜、散射集光器、反射集光器、散射光电探测器、反射光电探测器、散射光信号采样器以及反射光信号采样器，所述散射集光器是具有5个端口的积分球，一个端口用于安装散射光电探测器，一个端口作为激发激光的入射口，一个端口作为样品探测口，一个端口是散射用检测激光的入射口，一个端口是散射用检测激光的出射口；所述反射集光器是具有2个端口的积分球，一个端口用于安装反射光电探测器，一个端口作为散射用检测激光的入射口；所述的散射用检测激光经反射镜反射后，经散射用检测激光的入射口进入散射集光器，并以斜入射的方式打到待测样品表面；经待测样品表面反射的激光从散射用检测激光的出射口出射后，进入反射集光器，并最终被反射光电探测器捕获；经待测样品表面散射的激光在积分球多次反射后最终被散射光电探测器捕获。 5.如权利要求4所述的一种可同时检测光学元件表面和亚表面缺陷的装置，其特征在于：所述的散射集光器，其激发激光的入射口与样品探测口分布在积分球球心的两侧，且激发激光的入射口中心与样品探测口中心之间的连线经过积分球球心；散射用检测激光的入射口和散射用检测激光的出射口呈共轭分布。 6.根据权利要求5所述的一种可同时检测光学元件表面和亚表面缺陷的装置的实现方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1、打开激发激光器和检测激光器，预热一段时间，使二者工作在稳定状态；步骤2、控制运动平台使样品台上的待测样品在上下方向运动，使长工作距离显微物镜的物方焦点落到待测样品上；步骤3、控制检测激光器发出检测激光，记录散射光信号采样器所采集到的散射光信号，同时记录反射光信号采样器所采集到的反射光信号，计算获取一段时间内的散射光信号平均幅值As以及反射光信号平均幅值Ar；步骤4、控制激发激光器发出脉冲式激发激光，使激发激光在待测样品上激发出声表面波，与此同时触发干涉信号采样器、散射光信号采样器、反射光信号采样器记录数据；步骤5、控制扫描振镜偏转角度，使激发激光等间距地落到待测样品的N个不同位置，记录不同位置激发出的声表面波影响下的干涉信号、散射光信号和反射光信号；步骤6、分析第n个位置的干涉信号变化，确定声表面波的到达时间t，抽取(t-Δt，t+Δt)范围内的散射光信号和反射光信号，计算所抽取散射光信号的平均幅值以及所抽取散射光信号的平均幅值使用公式描述当前位置亚表面缺陷检测的结果，使用公式公式作为当前位置表面检测的结果；步骤7、控制运动平台使样品台上的待测样品在左右方向和前后方向运动，对待测样品进行特定区域的扫描检测，重复上述步骤；利用扫描平面的位置信息和特定位置对应的Au值进行可视性描述，显示该扫描区域亚表面扫描检测的结果；利用扫描平面的位置信息和特定位置对应的Av值进行可视性描述，显示该扫描区域表面扫描检测的结果，其中，As表示没有表面波调制情况下得到的散射光信号平均幅值，Ar表示没有表面波调制情况下得到的反射光信号平均幅值，表示有表面波调制情况下得到的第n个散射光信号平均幅值，表示有表面波调制情况下得到的第n个反射光信号平均幅值，取散射光信号的平均幅值计算获取一段时间内的散射光信号平均幅值As以及反射光信号平均幅值，Au表示量化后的当前位置亚表面缺陷检测结果值，Av表示量化后的当前位置表面缺陷检测结果值。
所属类别：	发明专利