[發明專利]一種高功率激光薄膜元件用超光滑光學基板表面檢測方法

有效

• 申請號: 201510585072.1
• 申請日: 2015-09-16
• 公開（公告）號: CN105203503B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 王占山;丁濤;馬彬;程鑫彬;焦宏飛;張錦龍;沈正祥
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01N21/49
• 分類號: G01N21/49
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司31200
• 代理人: 張磊

技術領域

本發明涉及一種光學基板清洗后的表面檢測方法，特別是一種高功率激光薄膜元件用超光滑光學基板表面檢測方法。

背景技術

光學薄膜元件是激光系統中的關鍵元器件，是實現系統光學性能的關鍵因素之一。隨著激光系統使用功率的不斷增加，人們對激光薄膜元件的抗損傷能力要求也不斷提高。影響薄膜損傷閾值的因素眾多，從基板的拋光和清洗到膜系的設計和制備以及后續的激光預處理等，其中基板的拋光工序決定了基板表面的光潔度，拋光過程控制不當將導致基板表面出現大量劃痕缺陷，而清洗工序直接決定元件鍍膜前的表面潔凈度，清洗不當會造成基板表面微粒的殘留。這些劃痕和微粒在薄膜元件裝入激光系統后在高功率激光輻照下極易誘發薄膜的損傷，從而極大降低了元件的抗激光損傷性能。

那么如何判斷拋光后的基板表面劃痕情況是否合格，清洗后的基板表面雜質微粒是否清洗干凈，則需要我們對基板表面的劃痕缺陷以及表面潔凈度情況具備客觀準確的檢測方法和判斷能力。目前光學基板表面檢測中常用的方法是在100W白光表面檢測燈照射下用肉眼來觀測，然而這種方法無法定量顆粒度大小，并且檢驗的準確度十分依賴于燈泡狀態，而在實際使用中燈泡的亮度又受很多外界因素影響，比如開機時間、燈泡總使用時間等，因此在使用中很難保證檢驗的準確性與一致性，尤其關鍵的是這種檢測方法僅能觀測到幾十微米尺度以上的劃痕和微粒,而對于更小尺度的顆粒和劃痕的觀測則需要使用光學顯微鏡，通過使用較高的放大倍數光學顯微鏡可以觀測到微米、亞微米尺度的劃痕和缺陷，并且能夠將缺陷的尺度定量的表示。然而在目前所公知的使用光學顯微鏡對基板進行表面檢測過程中存在的主要問題是鏡頭的放大倍數越高能觀測到的缺陷尺度就越小，而相應的檢測視場也變得越小，這樣檢測速度就會變慢。所以，在高損傷閾值的激光薄膜元器件的制備過程中迫切需要一種檢測速度快而又靈敏度高的定量化檢測方法。

因此，本發明針對上述問題，提出一種基于532nm波長激光散射觀測的基板表面缺陷與雜質微粒尺度與空間分布的定量和快速檢測技術。由于人眼對綠光極敏感，采用532nm激光散射觀測具有更高的靈敏度，遠高于一般強光燈獲得的信號強度，可獲得更小尺寸缺陷的散射信號，污染物顆粒探測精度可達數十納米，極大地提高了基板表面缺陷檢測的精度和效率，為光學基板的拋光以及清洗工藝研發提供反饋以及技術支持。

發明內容

本發明的目的是提出一種高功率激光薄膜元件用光學基板表面檢測方法。

本發明提出的一種高功率激光薄膜元件用超光滑光學基板表面檢測方法，具體步驟如下：

(1) 在帶有暗場、微分干涉功能的顯微鏡裝置旁邊裝置激光波長為532nm激光器，激光束傾斜入射照射樣品表面的顯微鏡物鏡聚焦區域，調整激光器位置及顯微鏡焦距使得通過目鏡可以清晰觀測到樣品表面激光散射光；

（2）在正式檢測前，首先需要對微粒散射光量化定標，將300nm~3μm直徑的人工氧化硅小球旋涂在干凈的光學基板表面，分別使用暗場顯微模式下激光散射以及微分干涉顯微模式對比觀測人工微粒，分別記錄兩種模式下觀測的微粒大小，以此通過數據擬合建立微粒的尺度與其散射光面積的數量對應關系，實現對微粒缺陷散射光的量化定標；

（3）接著需要對基板表面劃痕缺陷散射光作定標，采用納米壓痕儀在光學基板表面制備600nm~4μm寬度的人工劃痕，分別采用暗場顯微模式下激光散射以及微分干涉顯微模式對比觀測人工劃痕，分別記錄兩種模式下觀測的劃痕大小，以此通過數據擬合建立劃痕的寬度與其散射光寬度的數量對應關系，實現對劃痕缺陷散射光的量化定標；

(4)通過上述對劃痕和微粒散射光定量化定標后開始進行光學基板清洗后的表面檢測，具體檢測方法采用固定顯微鏡鏡頭，先橫向再縱向移動基板的全表面掃描方式實現對表面劃痕缺陷以及微粒的空間分布與尺度的檢測。

本發明尤其實現光學基板表面高靈敏度檢測的定量化，為基板清洗工藝的改進提供數據支撐，避免了基板內部和表面由于清洗過度而產生缺陷，保證基板具有高的損傷閾值，同時具有檢測速度快、檢測結果直觀、檢測精度高等優點。

附圖說明

圖1為1μm人造微粒(a)微分干涉顯微圖像與(b)532nm激光散射暗場圖像對比；

圖2為2μm人造劃痕(a)微分干涉顯微圖像與(b)532nm激光散射暗場圖像對比；

圖3為初步清洗后光學基板的(a)微分干涉圖像與(b) 532nm激光散射暗場圖像對比。

具體實施方式

下面結合附圖和實例對本發明作詳細說明。