[發明專利]一種利用熒光增強法檢測光學元件亞表面缺陷的方法

在審

• 申請號: 202010086350.X
• 申請日: 2020-02-11
• 公開（公告）號: CN111122594A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 周曉燕;黃進;劉紅婕;王鳳蕊;楊李茗;石兆華;邵婷;孫來喜;葉鑫
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: G01N21/91
• 分類號: G01N21/91;G01N1/32
• 代理公司: 綿陽市博圖知識產權代理事務所(普通合伙) 51235
• 代理人: 楊暉瓊

本發明公開了一種利用熒光增強法檢測光學元件亞表面缺陷的方法，屬于光學元件檢測技術領域，其方法是在光學元件表面不同工序中加入一定濃度的熒光劑水溶液，使其表面處理工藝中所出現的亞表面劃痕和缺陷均有熒光物質；加工好的光學元件樣品在激光光致發光成像測試裝置中進行同位的散射和熒光成像，通過熒光和散射圖像的圖像處理，可獲得不同工藝階段下光學元件的亞表面缺陷信息情況；本發明可獲得光學元件較全面的亞表面缺陷圖像及信息，包括但不限于缺陷的密度、大小、位置等，本發明的方法不僅可用于光學元件的亞表面缺陷檢測，還可用于其它透明元件拋光工藝中引發的亞表層缺陷檢測中，通用性好。

技術領域

本發明涉及光學元件檢測技術領域，尤其涉及一種利用熒光增強法檢測光學元件亞表面缺陷的方法。

背景技術

光學元件紫外激光損傷是限制激光系統輸出能力的重要原因。受限的核心大部分都可歸結于光學元件的亞表面缺陷，這些缺陷深度在幾微米到數百微米，當激光輻照時會吸收激光能量導致局部材料高溫進而引發損傷。因此，光學元件亞表面缺陷的探測技術和方法非常關鍵。

光學元件的亞表面缺陷是引發元件激光損傷的主要原因之一。高質量光學元件的加工，已經進入超精密拋光控制階段。因此獲得光學元件亞表面缺陷的大小、分布以及密度，對評價元件的加工工藝、損傷性能等具有重要意義。

光學元件的批量加工環節中，主要存在表面/亞表面劃痕、麻點為代表的破碎性缺陷和拋光液沉積層、加工碎屑為代表的污染性缺陷。

目前，光學元件亞表面缺陷檢測方法有很多，主要可分為兩大類：

1) 通過物理或化學的方法，將亞表面缺陷暴露出來觀測的破壞性檢測方法，比如有逐層拋光刻蝕法、擊坑顯微法、磁流變拋光法、恒定化學刻蝕速率法等。這些方法對研究材料的激光表面損傷閾值與材料表面性質之間關系研究得到了有意義的研究結果。但這些方法具有檢測周期長、破壞性、信息不全等缺點；

2) 無損檢測技術，主要包括共聚焦熒光掃描顯微技術、全內反射檢測技術、光學相干層析技術、激光發光成像技術等。全內反射和光學相干層析技術精度太低，難以滿足光學元件亞表面缺陷微觀尺寸的要求；熒光顯微成像技術可以同時獲得光學元件表面缺陷和亞表面缺陷，但是難以區分缺陷位于表面還是亞表面。由于只有亞表面缺陷才更容易引發損傷，因此這不利于光學元件損傷性能的預判。在目前的無損檢測技術中，因光學元件表面處理工藝中所引入的污染性缺陷雜質熒光強度較弱，測試所獲得的數據并不全面；且亞表面缺陷中有部分缺陷嵌入的污染性雜質有可能并無熒光圖像，因此獲得的光學元件亞表面缺陷圖像并不全面。

為了解決這些問題，本領域技術人員做出了很多努力，并得到了一定的解決方案，比如，專利申請號為CN201811285880.6、專利名稱為“一種熒光量子點檢測玻璃表面和亞表面損傷的方法”的專利，所公開的檢測玻璃表面和亞表面損傷的方法，該方法是將CdSe/ZnS核殼結構熒光量子點采用甲苯和丙酮作為溶劑，然后在樣品表面研磨出凹坑揭示亞表面損傷，再將樣品浸沒于前述的量子點溶液中，待甲苯和丙酮揮發后置于熒光共聚焦顯微鏡下觀察，得到表面的三維形貌和凹坑內熒光強度變化曲線，再用ImageI軟件分析得到樣品表面粗糙度，根據熒光強度變化得到亞表面損傷層的厚度；

在上述專利中，其檢測方法為有損檢測方法，是將亞表面缺陷暴露出來，加入量子點來對亞表面缺陷進行熒光增強，利用共聚焦熒光成像進行。

又比如，專利申請號為CN201310251032、專利名稱為“光學玻璃亞表面缺陷的檢測方法”的專利，公開了一種配置熒光素水溶液，在磨料中加入該熒光素溶液，并在拋光粉中也加入熒光素溶液，然后在355nm單光色照射下使用熒光顯微鏡觀測拋光后的光學玻璃，從而實現對光學玻璃亞表面缺陷的無損檢測；

相對于本申請，該專利除了僅有一種熒光物質，且混合溶劑可能會對熔石英表面處理工藝有一定的影響，另外熔石英亞表面缺陷熒光的檢測，該方法無法區分表面及亞表面的熒光缺陷，且無法獲得光學元件全口徑的亞表面熒光圖像。