一種光學(xué)元件亞表面缺陷檢測方法及檢測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光程延時(shí)技術(shù)、光子納米噴射技術(shù)、光學(xué)相干層析成像技術(shù)和光學(xué)元件亞表面缺陷檢測技術(shù)，尤其是涉及一種快速、高分辨的光學(xué)元件亞表面缺陷檢測方法及檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著高能量、高功率激光系統(tǒng)和高分辨、高對(duì)比度空間光學(xué)成像系統(tǒng)的不斷發(fā)展，光學(xué)元件的制造正朝著超精密、超光滑加工方向發(fā)展，既要提高光學(xué)元件的面型精度，降低光學(xué)元件的表面粗糙度，又要消除或減少光學(xué)元件亞表面缺陷。
[0003]目前，檢測光學(xué)元件亞表面損傷的方法主要分有損檢測和無損檢測。常用的有損檢測技術(shù)包括截面顯微法、角度拋光法、逐層拋光刻蝕法、球锪孔法、錐體锪孔法、磁流變拋光斑點(diǎn)技術(shù)、恒定化學(xué)刻蝕速率法等。這些方法的實(shí)質(zhì)是通過物理或化學(xué)方法暴露不同深度損傷的橫切面或橫截面，結(jié)合光學(xué)顯微鏡、掃描近場顯微鏡，電子顯微鏡等獲取亞表面缺陷的顯微結(jié)構(gòu)信息。這些檢測方法盡管是最為直接、有效的，而且被光學(xué)加工行業(yè)普遍采用，但是依然存在測量效率偏低，測量信息不全面，有損測量造成試件破壞或失效引入的加工成本增加，引入新的亞表面損傷導(dǎo)致測量誤差等明顯缺陷。無損檢測技術(shù)主要利用表面粗糙度、超聲波、散射光、熒光等無損手段獲得來自亞表面損傷層和基體層的信息差異來定量或定性分析材料亞表面損傷，有高頻掃描聲學(xué)顯微技術(shù)、激光散射技術(shù)、全內(nèi)反射檢測技術(shù)、光學(xué)相干層析技術(shù)、共焦激光掃描顯微技術(shù)等。這些檢測方法具有不損傷光學(xué)元件、增加加工成本的優(yōu)點(diǎn)，但是往往存在空間分辨率偏低、檢測速度慢的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種快速、高分辨的光學(xué)元件亞表面缺陷檢測方法及檢測系統(tǒng)，為光學(xué)元件亞表面缺陷檢測提供新的途徑。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0006]一種光學(xué)元件亞表面缺陷檢測方法，包括以下步驟:
[0007]I)光纖耦合器對(duì)輸入的寬帶光源進(jìn)行分路；
[0008]2) 一路低相干光輸入?yún)⒖急?，被零光程參考面反射，形成參考光?br>[0009]3)另一路低相干光輸入樣品臂，進(jìn)行光程延時(shí)處理，通過光纖探頭陣列形成具有不同光程延時(shí)量的空間多點(diǎn)并行照明，照射在樣品的被檢測區(qū)域上，并接收該區(qū)域反射和后向散射的信號(hào)光；
[0010]4)所述信號(hào)光和參考光經(jīng)光纖耦合進(jìn)行相干迭加并形成光譜信息；
[0011]5)通過樣品或光纖探頭陣列的移動(dòng)獲取被檢測區(qū)域的二維或三維光譜信息；
[0012]6)根據(jù)二維或三維光譜信息重構(gòu)被檢測區(qū)域的高分辨圖像，顯示缺陷的形狀和分布。
[0013]所述步驟3)中，光程延時(shí)處理為:改變光纖耦合器樣品臂輸出端與各光纖探頭間的自由空間距離，實(shí)現(xiàn)各光纖探頭接收的檢測信息相對(duì)零光程參考面具有不同的光程延時(shí)量。
[0014]所述步驟3)中，空間多點(diǎn)并行照明為橫向尺寸處于衍射極限以下而軸向長度在200微米的照明光場。
[0015]一種光學(xué)元件亞表面缺陷檢測系統(tǒng)，包括寬帶光源、光纖耦合器、參考臂、樣品臂和探測臂，所述光纖耦合器分別連接寬帶光源、參考臂、樣品臂和探測臂，所述樣品臂包括相連接的光程延時(shí)單元和光纖探頭陣列，所述光纖探頭陣列由多個(gè)光纖探頭組成。
[0016]所述光程延時(shí)單元包括依次設(shè)置的主透鏡、分束器、反射鏡和從透鏡，所述分束器設(shè)有η-1個(gè)，所述反射鏡設(shè)有I個(gè)，所述從透鏡設(shè)有η個(gè)，η為光纖探頭的個(gè)數(shù)。
[0017]所述光纖探頭由單模光纖和微米介質(zhì)小球組成，所述微米介質(zhì)小球膠合在經(jīng)端面處理過的單模光纖凹面上。
[0018]所述多個(gè)光纖探頭的長度相同。
[0019]還包括用于固定光纖探頭陣列或樣品的可移動(dòng)的掃描裝置。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明以譜域光學(xué)相干層析(SD-OCT)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以基于光子納米噴射設(shè)計(jì)的光纖探頭取代一般SD-OCT系統(tǒng)樣品臂的光學(xué)系統(tǒng)，形成快速、高分辨的光學(xué)元件亞表面缺陷檢測方法及檢測系統(tǒng)，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0021](I)本發(fā)明光纖探頭基于光子納米噴射設(shè)計(jì)，由微米介質(zhì)小球和單模光纖組成，微米介質(zhì)小球(微球)通過散射單模光纖傳輸?shù)牡拖喔晒庑纬晒庾蛹{米噴射，獲得橫向尺寸處于衍射極限以下而軸向長度在200微米的照明光場，使系統(tǒng)具有超高的橫向空間分辨率。
[0022](2)本發(fā)明利用光程延時(shí)技術(shù)將多個(gè)光纖探頭接入光纖耦合器的樣品臂端，實(shí)現(xiàn)多光纖探頭空間并彳丁檢測以提尚檢測速度；
[0023](3)本發(fā)明采用譜域光學(xué)相干層析(SD-OCT)技術(shù)，具有寬光譜并行檢測、光程分辨能力以及橫向和軸向空間分辨率相互獨(dú)立等優(yōu)點(diǎn)，通過SD-OCT技術(shù)的光程分辨能力，可以分離來自不同光纖探頭接收的具有不同光程量的深度信息，利用信號(hào)處理技術(shù)就可以重構(gòu)出多光纖探頭檢測區(qū)域的結(jié)構(gòu)信息。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明光程延時(shí)技術(shù)示意圖。
[0026]圖中:1、寬帶光源，2、光纖耦合器，3、參考臂，4、樣品臂，5、探測臂，6、光纖探頭陣列，7、掃描裝置，8、樣品。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0028]如圖1所示，本實(shí)施例提供一種光學(xué)元件亞表面缺陷檢測系統(tǒng)，包括寬帶光源1、光纖耦合器2、參考臂3、樣品臂4和探測臂5，光纖耦合器2分別連接寬帶光源