[發明專利]大口徑熔石英玻璃低損傷閾值缺陷的測量裝置和測量方法

在審

• 申請號: 202010025626.3
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111007052A
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 王圣浩;李靈巧;劉世杰;倪開灶;邵建達
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種大口徑熔石英元件低閾值缺陷的測量裝置和測量方法，系統通過探測缺陷的熒光光譜，來識別大口徑熔石英元件上的低閾值缺陷。與現有普遍采用的光熱弱吸收測量方法相比，本發明可以把低閾值缺陷的測量速度提高上萬倍。

技術領域

本發明涉及光學元件缺陷的測量領域，特別是一種大口徑熔石英玻璃低損傷閾值缺陷的測量裝置和測量方法。

背景技術

大口徑熔石英光學玻璃是強激光裝置中光學元器件的重要基石，其表面和亞表面加工質量直接影響并決定強激光系統的綜合性能指標(如峰值功率、光束質量等)。目前主流的熔石英加工工藝往往會在熔石英玻璃的表面和亞表面上產生各種類型的缺陷，其中低損傷閾值缺陷會對強激光裝置中的光學元器件造成致命的破壞，從而嚴重制約強激光系統各項性能的提升，因此大口徑熔石英加工表面低閾值缺陷的準確測量具有非常重要的意義。

現有檢測小口徑熔石英玻璃加工表面低閾值缺陷的常用方法是光熱弱吸收測量法，但是由于該方法單次測量的區域面積太小(≈10×10μm)，對于大口徑熔石英玻璃(如400×400mm)，如果通過二維逐點掃描的測量方式，光熱弱吸收測量法需要大約50000多個小時才能完成大口徑熔石英玻璃全口徑內低閾值缺陷的測量，這顯然是不切合實際的。有鑒于此，目前生產的大口徑熔石英元件往往沒有缺陷檢測這一工藝流程，因而在強激光裝置中，存在著很多安全隱患。

發明內容

為了解決現有方法測量低閾值缺陷速度非常慢的缺點，本發明提供一種大口徑熔石英元件低閾值缺陷的測量裝置和測量方法，該裝置可以把現有低閾值缺陷的測量速度提高上萬倍。

本發明的技術解決方案如下：

一種大口徑熔石英玻璃低閾值缺陷的測量裝置，其特點在于包括二維機械掃描機構、激光光源、濾光片、光譜儀、步進電機控制器、數據采集器、激光器控制器和計算機，所述的二維機械掃描機構用于放置待測的大口徑熔石英玻璃，所述的激光光源發出的激光照射在所述的待測的大口徑熔石英玻璃的表面上，在所述的待測大口徑熔石英玻璃表面缺陷發出的熒光方向，依次是所述的濾光片和光譜儀，該光譜儀的輸出端與所述的計算機的輸入端相連，所述的計算機的輸出端分別經所述的步進電機控制器與所述的二維機械掃描機構的控制端相連，經所述的激光器控制器與所述的激光光源的控制端相連。

激光器用于為測量系統提供激發光源，光譜儀用于檢測低閾值缺陷的熒光光譜(通過前期的實驗研究，我們發現熔石英玻璃的表面上，幾乎所有的低閾值缺陷都有特定波長位置處的熒光峰，因此通過測量熒光光譜，可以反過來判斷熔石英樣品表面是否存在低閾值缺陷)，濾光片用于過濾掉其他波長的環境雜散光，二維掃描機構用于在兩個維度上掃描待測的大口徑熔石英玻璃，步進電機控制器用于控制二維掃描機構的機械運動，激光器控制器用于操控激光器，數據采集器用于采集探測器輸出的電信號，計算機用于實現硬件控制、數據采集、數據存儲等自動化測控功能。

利用上述大口徑熔石英玻璃低閾值缺陷的測量裝置，對大口徑熔石英玻璃低閾值缺陷的測量方法，主要的測量步驟如下：

1)將待測的大口徑熔石英玻璃放置于所述的二維機械掃描機構上，所述的激光光源輸出的激光照射在所述待測大口徑熔石英玻璃的表面上，調整所述的光譜儀和濾光片對準所述待測大口徑熔石英玻璃表面缺陷發出的熒光；

2)啟動所述的計算機，在所述的計算機的控制下，所述的步進電機控制器控制所述的二維機械掃描機構，將所述的待測大口徑熔石英玻璃移動到起始位置，所述的激光光源輸出的激光照射在所述待測大口徑熔石英玻璃表面的起始位置，并令該位置為n＝1，所述待測大口徑熔石英玻璃激光掃描照射的位置共N個；

3)在所述的計算機的控制下，所述的激光光源3輸出的激光照射在所述待測大口徑熔石英玻璃表面的位置n，所述的光譜儀測量所述待測大口徑熔石英玻璃表面位置n發出的熒光光譜，并輸入所述的計算機；