[發明專利]一種用于光學元件亞表面缺陷檢測的裝置及方法

有效

• 申請號: 202110896661.7
• 申請日: 2021-08-05
• 公開（公告）號: CN113607750B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 孫安玉;鐘皓澤;居冰峰;管凱敏;楊筱鈺;陳遠流;朱吳樂
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N21/95
• 分類號: G01N21/95;G01N21/958
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

1.一種用于光學元件亞表面缺陷檢測的裝置，包括寬光譜光源、激發激光器、檢測激光器、色散鏡組、光譜檢測裝置、激光干涉檢測裝置、光纖光路系統、運動平臺以及主控系統，其特征在于：

所述寬光譜光源產生白光，所述激發激光器產生激發激光，所述檢測激光器產生檢測激光；

所述白光、激發激光、檢測激光經所述光纖光路系統耦合進入所述色散鏡組；

所述色散鏡組將白光、激發激光、檢測激光聚焦到光學元件的不同深度；

由激發激光在光學元件亞表面產生瞬態熱膨脹效應，并誘導產生超聲振動；

所述激光干涉檢測裝置用于觀測和記錄激發激光誘導產生的超聲振動，由法布里-珀羅諧振腔、二向色反射鏡、干涉光電探測器以及干涉信號采樣器組成；

所述光譜檢測裝置用于檢測反射光和散射光的光譜分布信息；

所述運動平臺可帶動待測光學元件或色散鏡組在X、Y、Z三維空間中運動，并通過主控系統對待檢測樣品表面及亞表面進行掃描檢測；

所述的光纖光路系統，包括雙模光纖、Y型光纖耦合器、1×2光開關、第一可見光光纖、第二可見光光纖、第三可見光光纖、第四可見光光纖、光纖整束器；

所述雙模光纖由紅外環形多芯光纖、可見光多芯光纖組成，其截面為圓形；且紅外多芯光纖環繞在可見光多芯光纖外側；可見光多芯光纖具有奇數條纖芯，中心纖芯位于其幾何中心，中心纖芯的直徑是其他纖芯直徑的3倍以上；

所述1×2光開關有端口P1、端口P2、端口P3三個端口，分別與所述第一可見光光纖、所述第二可見光光纖、所述第三可見光光纖的一端相連，同一時間端口P1僅與端口P2、端口P3中的一個聯通；

所述Y型光纖耦合器具有入光口、出光口、耦合口等三個端口；所述第一可見光光纖的另一端接入所述Y型光纖耦合器的入光口；所述第四可見光光纖的一端接入所述Y型光纖耦合器的出光口，另一端接到所述光纖整束器的中間節點；所述可見光多芯光纖的中心纖芯連接所述Y型光纖耦合器的耦合口；

所述寬光譜光源產生的白光經第二可見光光纖進入所述1×2光開關的端口P2；

所述檢測激光器產生的檢測激光經所述激光干涉檢測裝置后，由所述第三可見光光纖進入所述1×2光開關的端口P3；

所述光纖整束器具有奇數個呈線陣排列的節點，節點的數量與所述可見光多芯光纖的芯數相同，用于將所述可見光多芯光纖的纖芯整理為線陣排列。

2.如權利要求1所述的一種用于光學元件亞表面缺陷檢測的裝置，其特征在于：

所述色散鏡組可將多色光分別聚焦并產生軸向色散，其數值孔徑大于0.6；通過色散鏡組，所述檢測激光和所述激發激光的分別聚焦在不同的軸向位置，兩者的軸向位置距離在90微米到150微米之間。

3.如權利要求2所述的一種用于光學元件亞表面缺陷檢測的裝置，其特征在于所述的兩者的軸向位置距離是120微米。

4.如權利要求1或2所述的一種用于光學元件亞表面缺陷檢測的裝置，其特征在于所述寬光譜光源為白光LED點光源，產生連續寬光譜白光；所述激發激光器為近紅外激光器，所述激發激光的波長優選在1000納米與1800納米之間，最小脈沖的時域寬度小于1000皮秒；所述檢測激光器產生連續檢測激光，所述檢測激光的波長在480納米與600納米之間。

5.如權利要求1或2所述的一種用于光學元件亞表面缺陷檢測的裝置，其特征在于所述的光譜檢測裝置，包括第一透鏡、第二透鏡、光柵分光器、光探測器、數據采集及處理模塊；

所述第一透鏡將所述可見光多芯光纖輸出的光準直，并以線陣形式入射到所述光柵分光器上；

所述光柵分光器將入射光按照波長不同按照不同角度反射，并穿過所述第二透鏡形成若干條光束，最終入射到所述光探測器上；

所述光探測器是面陣式探測器，采用CMOS或CCD圖像傳感器；

所述數據采集及處理模塊用于控制所述光探測器曝光，將所述光探測器輸出的電信號采集為數字信號，處理并存儲數字信號，得到光譜信息。