[實用新型]光學表面及亞表面吸收缺陷的高分辨率檢測裝置

有效

• 申請號: 201320048356.3
• 申請日: 2013-01-29
• 公開（公告）號: CN203069523U
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 吳周令;陳堅;王煒;黃明
• 申請（專利權）人: 合肥知常光電科技有限公司
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G01N21/71
• 代理公司: 合肥天明專利事務所 34115
• 代理人: 金凱

技術領域

本實用新型涉及固體材料光學吸收缺陷探測領域，具體是一種光學表面及亞表面吸收缺陷的高分辨率檢測裝置。?

背景技術

固體材料在其加工過程中不可避免地會引入表面缺陷以及亞表面缺陷，從而影響材料在其表面及亞表面的光學吸收特性。對很多光學材料而言，例如常用于強激光系統中的熔融石英玻璃和KDP晶體等，由于在材料切割、研磨、拋光等過程中引入的污染和缺陷，其表面及亞表面的光學質量往往比相關材料的本征特性差得很多，從而使得固體材料的表面及亞表面在很多應用中成為限制固體材料本征特性的問題，比如在強激光系統中成為最容易被激光損傷的薄弱環節。所以探測表面及亞表面吸收缺陷，并在此基礎上結合加工工藝改進材料的表面及亞表面特性，有著非常重要的意義。?

固體材料光學表面缺陷的檢測方法有很多，包括高分辨散射測量方法，高分辨熒光測量方法，原子力顯微鏡，掃描隧道顯微鏡，近場光學顯微鏡，以及高分辨光聲顯微鏡，以及各類高分辨光熱顯微鏡等。?

高分辨散射測量方法主要用于對由于光學折射率或者面形缺陷引起的不均勻性的檢測分析，而難以用于吸收缺陷的檢測分析。高分辨熒光測量方法可以較好的探測光學吸收缺陷，但是其探測的缺陷主要屬于吸收并且易于發射熒光的缺陷，對于在激光破壞過程中經常起關鍵作用的很多吸收缺陷并不敏感。光聲及各種光熱顯微方法通過合理的實驗設計和模型計算，在一定程度上可以對體內吸收缺陷與表面、亞表面吸收缺陷有所區分，但是這類方法在深度方向的分辨能力取決于被測樣品的光熱特性、具體的實驗參數、以及用來進行計算的模型的準確性，因此雖然理論上可行，實際應用中難度其實很大。而原子力顯微鏡，掃描隧道顯微鏡，近場光學顯微鏡等高分辨手段主要探測的是樣品表面形貌及光學折射率的不均勻性，對光學吸收缺陷一般并不敏感。?

綜上所述，目前尚沒有一種良好的高分辨率方法能夠用來直接探測固體材料的表面及亞表面吸收缺陷，特別是吸收比較微弱的透明固體材料表面及亞表面的吸收缺陷。?

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題是提供一種光學表面及亞表面吸收缺陷的高分辨率檢測裝置，可對光熱輻射透明和不透明的樣品進行檢測，可在微米到亞微米量級的亞表面區域獲得微米到亞微米量級的橫向分辨率，其檢測分辨率高。?

本實用新型的技術方案為：?

光學表面及亞表面吸收缺陷的高分辨率檢測裝置，包括有相對被測樣品前表面設置的泵浦光源，設置于泵浦光源和被測樣品之間的高倍數、高數值孔徑光學聚焦系統，相對被測樣品后表面設置的紅外濾波器，依次設置于紅外濾波器后端的紅外信號收集系統和紅外探測系統。

所述的紅外探測系統是由紅外探測器及放置于其前端的空間濾波器組成。?

所述的泵浦光源和光學聚焦系統之間設置有泵浦激光束調制器和泵浦激光束整形擴束裝置。?

所述的光學表面及亞表面吸收缺陷的高分辨率檢測裝置還包括有用于固定樣品的裝夾掃描裝置。?

本實用新型的原理為：?

本實用新型通過光熱輻射測量技術來獲得吸收缺陷區域的信息。光熱輻射技術是測量樣品在激光照射下產生的紅外輻射波的一種無損檢測技術，其基本原理是：一束經過調制的激光束入射到樣品的表面，樣品吸收激光束的能量后會引起局部溫度變化，從而引起樣品的紅外熱輻射的變化。因激光照射而引起的紅外熱輻射信號與樣品的吸收直接關聯，通過測量激光照射引起的紅外熱輻射信號就可以獲得樣品的吸收特性。

本實用新型的優點為：?

本實用新型利用高度聚焦的泵浦激光束來激發光熱輻射技術，并根據被測材料的紅外光學特性來合理設計兩種不同的檢測方法和檢測裝置，可以對被測樣品表面及亞表面光學吸收特性進行直接探測而不受樣品體內吸收信號的影響。根據被測樣品的特性和光路設計，本實用新型可以在微米到亞微米量級的亞表面區域獲得微米到亞微米量級的橫向分辨率。而對表面及亞表面吸收缺陷大面積檢測和成像則通過對樣品二維掃描來實現。

附圖說明

圖1是本實用新型適用于對光熱紅外輻射透明樣品表面及亞表面吸收缺陷的高分辨率檢測裝置的結構示意圖，其中，1為光學聚焦系統，2為被測樣品前表面，3為被測樣品前亞表面區域，4為被測樣品處于泵浦激光焦深之外的內部區域，5為紅外濾波器，6為紅外信號收集系統，7為紅外探測系統。?