专利名称：一种光学表面亚表层损伤测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及非破坏性的定量检测技术领域，具体是属于光学表面亚表层损伤 检测技术领域中的一种光学表面亚表层损伤测量装置。
背景技术：
大型固体激光工程、高性能激光武器、高精密光学系统及微制造加工等领域的 不断深入发展，为世界范围内光学事业的发展提供了巨大的推动力。当然在此际遇到来 的同时，光学领域的相关从业人员也面临着前所未有的巨大挑战。光学表面亚表层损伤 (Subsurface Damage, SSD)测量及低损伤光学元件的加工是现阶段摆在光学工艺及光学 超精密测量工程师们面前一个比较棘手的难题。因为要对大型光学系统或超精密元件表面 的加工、表征进行全面深入的研究，不仅只包括表面面形和粗糙度的测量分析，还必须对光 学表面亚表层的损伤情况进行精确的测量。光学表面亚表层损伤从大的方面来说可以分为两类，一种是从材料继承来的缺 陷，主要包括气孔、杂质粒子等；另一种是光学元件在磨削过程中产生的损伤，包括裂纹、残 余应力以及在加工过程中弓I入表面再沉积层中的金属、氧化物颗粒等。传统的光学表面亚表层损伤的检测方法是破坏性的，例如HF恒定化学刻蚀速率 法、角度抛光法、Ball Dimpling法等都是一些比较成熟的测量方法。但是由于这些方法均 会给被测元件带来损伤，测量的结果也受到测量方法自身因素的影响，而且测量时间通常 比较长，因此具有很大的局限性，除一些特殊场合外正逐渐被非破坏行的测量方法所代替。近年来，国内外的众多专家学者开始研究亚表层损伤的非破坏性检测方法。例如，以美国罗彻斯特大学激光实验室(The Laboratory for Laser Energetics, LLE)代表的国内外多家研究机构希望通过建立合理的数学模型来研究亚表层损伤和表面 粗糙度(Surface Roughness，SR)之间的联系，以通过测量光学零件表面粗糙度来预测亚表 层损伤，该方法被称为亚表面损伤/表面粗糙度(SSD/SR)比例模型预测预报法。这种亚表 层损伤的预报法只是在光学表面的加工过程中适用，有比较大的局限性，若对待未知工艺 参数或者是非传统磨削工艺加工的光学表面，该方法就不再适用。美国新墨西哥州立大学的Christian F. Kranenberg等人提出将全内反射 (Applied Optics, 1994，33，4248 4253)的方法应用到光学表面亚表层损伤的测量中 来，该方法装置结构复杂，实现定量化测量难度非常大，而且其原理中应用了倏逝波，对于 损伤比较深的光学表面也无法测量。美国安捷伦科技公司的Kevin R. Fine等人提出了利用现有的商品化激光共聚焦 显微镜测量亚表层损伤，也给出了一些比较有利的结论。但是，在具体操作过程中，激光 共聚焦显微镜主要是用于测量微观表面形貌的，虽然测量光可以深入到样品内部，但是由 于受到强的表面反射光的影响(王春慧、田爱玲等利用MIE散射理论对亚表层散射进行了 研究，得出光学表面亚表层散射信号的强度大约比表面反射光要低3、个数量级，SPIE, 2009，7522，75226K1 75226K7)，通常无法获得亚表面的响应信号。[0009]此外还有光学相干层析法、光声显微镜法、X射线衍射法等，但是这些方法都有比 较大的局限性，例如不适用与非晶体光学玻璃、穿透深度太小，不适合于定量检测等。
发明内容本实用新型提供一种光学表面亚表层损伤测量装置，以克服现有技术存在的局限 性较大、测量范围小和难以定量化的不足。为克服现有技术存在的不足，本实用新型所提供的技术方案是一种光学表面亚表层损伤测量装置，包括激光光源，依次放在激光光源发射端的 准直扩束镜和分光比为1:1的分光镜，准直扩束镜中设置有发射端滤波针孔；在分光镜的 透射侧光路上设置有接收端聚光镜和针孔光电探测器，在分光镜的反射侧光路上设置有X、 Y 二维电控平面扫描振镜、测量显微物镜和Z向压电微位移扫描平台；所述针孔光电探测器 通过信号初级处理及传输模块、表面反射光计算处理模块与控制显示模块连接，Z向压电微 位移扫描平台也与控制显示模块连接。与现有技术相比，本实用新型的具有以下的良好效果( 1)本实用新型将激光散射、共聚焦、显微成像和层析技术应用于光学表面亚表层 损伤测量中，实现了非破坏、定量测量；(2)本实用新型相具有明显的更大的纵向测量范围，适用于不同加工水平的光学 表面亚表层损伤测量；(3)本实用新型具有适用范围广的特点，可以应用于各类光学元件表面的亚表层 损伤测量，并且不受加工工艺的制约。
图1本实用新型的测量装置示意图。附图标记说明如下1-激光光源，2-准直扩束镜，3-分光镜，4-X、Y 二维电控平面扫描振镜，5_测量 显微物镜，6-Z向压电微位移扫描平台，7-表面反射光计算处理模块，8-信号初级处理及传 输模块，9-针孔光电探测器，10-接收端聚光镜，11-发射端滤波针孔，12-控制显示模块， 13-被测物。
具体实施方式
下面将通过具体实施例对本实用新型进行详细地说明。参见图1，一种光学表面亚表层损伤测量装置包括激光光源1、准直扩束镜2和 分光比为1:1的分光镜3，准直扩束镜2和分光镜3依次放在激光光源1发射端的，所说的 准直扩束镜2中设置有发射端滤波针孔11。所述在分光镜3的透射侧光路上设置有接收端 聚光镜10和针孔光电探测器9，在分光镜3的反射侧光路上设置有X、Y 二维电控平面扫描 振镜4、测量显微物镜5和Z向压电微位移扫描平台6。所述针孔光电探测器9通过信号初 级处理及传输模块8、表面反射光计算处理模块7与控制显示模块12连接，Z向压电微位移 扫描平台6也与控制显示模块12连接。
权利要求1. 一种光学表面亚表层损伤测量装置，其特征在于包括激光光源(1)，依次放在激光 光源(1)发射端的准直扩束镜(2)和分光比为1:1的分光镜(3)，准直扩束镜(2)中设置有 发射端滤波针孔(11);在分光镜(3)的透射侧光路上设置有接收端聚光镜(10)和针孔光电 探测器(9)，在分光镜(3)的反射侧光路上设置有X、Y 二维电控平面扫描振镜(4)、测量显微 物镜(5)和Z向压电微位移扫描平台(6);所述针孔光电探测器(9)通过信号初级处理及传 输模块(8)、表面反射光计算处理模块(7)与控制显示模块(12)连接，Z向压电微位移扫描 平台(6)也与控制显示模块(12)连接。
专利摘要本实用新型涉及一种光学表面亚表层损伤测量装置。现有的大型光学系统或超精密元件表面加工中，光学表面亚表层损伤的测量对元器件表面是破坏性的，且局限性极大。本实用新型包括激光光源，准直扩束镜和分光镜，准直扩束镜中设置有发射端滤波针孔；在分光镜的透射侧光路上设置有接收端聚光镜和针孔光电探测器，在分光镜的反射侧光路上设置有X、Y二维电控平面扫描振镜、测量显微物镜和Z向压电微位移扫描平台；针孔光电探测器通过信号处理及传输模块、表面反射光计算处理模块与控制显示模块连接，Z向压电微位移扫描平台也与控制显示模块连接。本实用新型能实现非破坏、定量测量，纵向测量范围更大，且适应性强，不受加工工艺的制约。
文档编号G01B11/30GK201780274SQ20102051645
公开日2011年3月30日 申请日期2010年9月3日 优先权日2010年9月3日
发明者刘丙才, 王春慧, 王红军, 田爱玲 申请人:西安工业大学