面向透射型光學(xué)基板中吸收性缺陷深度位置的檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及透射型光學(xué)元件領(lǐng)域，尤其是涉及一種面向透射型光學(xué)基板中吸收性缺陷深度位置的檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]透射元件在激光加工、激光武器以及高功率激光系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，是光學(xué)系統(tǒng)中必不可少的基本元件。而隨著激光器輸出能量的不斷提高，其激光誘導(dǎo)破壞問題已成為制約強激光技術(shù)進一步發(fā)展的關(guān)鍵因素，也是限制激光技術(shù)向高能量、高功率方向發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)。由脆性材料熔石英研磨、拋光而成的、應(yīng)用于紫外波段的透射元件，在其制備過程中不可避免地會引入表面和亞表面缺陷，即使是納米尺度的強吸收性雜質(zhì)都可能成為紫外波段激光破壞的主要誘因和元件使用壽命的短板。
[0003]雖然國內(nèi)外許多單位在光學(xué)檢測和制造技術(shù)上具有領(lǐng)先優(yōu)勢，當前依然未能完全解決缺陷誘導(dǎo)透射元件的激光損傷問題，特別是三倍頻透射元件的頻繁損壞仍然是當前主要的瓶頸問題之一。許多單位在提升檢測精度和尋找新的檢測方法的同時，也在探索表面后處理技術(shù)和CO2激光預(yù)處理技術(shù)來有限度降低潛在限制性和不穩(wěn)定缺陷發(fā)生災(zāi)難性損傷的風(fēng)險，但這些改善和輔助方法的適用性和有效性仍然取決于前期光學(xué)加工的質(zhì)量。因此，對影響損傷性能的限制性缺陷的識別和診斷，是指導(dǎo)元件加工工藝優(yōu)化和改進的直接反饋、是提升元件激光損傷性能的前提。透射元件發(fā)生激光損傷的誘因非常復(fù)雜，與缺陷類型、缺陷深度和激光能量密切相關(guān)。因此，需要發(fā)展直接與損傷性能聯(lián)系的缺陷檢測技術(shù)，對誘導(dǎo)元件損傷的缺陷特征和位置深度進行識別和診斷，進而分析缺陷的引入源頭和去除工藝，從而提高透射型光學(xué)元件的抗激光損傷性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決上述技術(shù)的不足，提供了一種識別精度高、實現(xiàn)簡單的面向透射型光學(xué)基板中吸收性缺陷深度位置的檢測方法。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0006]一種面向透射型光學(xué)基板中吸收性缺陷深度位置的檢測方法，該方法是針對誘導(dǎo)透射型光學(xué)基板損傷的吸收性缺陷深度位置的檢測，包括以下步驟:
[0007]①基于泵浦探測技術(shù)，建立微米空間分辨和納秒時間分辨的成像系統(tǒng)；
[0008]②將金屬顆粒旋涂在光學(xué)基板表面，再鍍制與光學(xué)基板質(zhì)地類似的不同厚度的薄膜，等效將吸收性缺陷植入在光學(xué)基板的不同深度位置；
[0009]③利用所述成像系統(tǒng)拍攝相同深度位置缺陷在不同時間階段、不同深度位置缺陷在同一時間階段的損傷行為，提取缺陷發(fā)生損傷后的特征信息，建立不同深度位置缺陷的損傷行為判定標準；
[0010]④對實際光學(xué)基板進行缺陷深度檢測，拍攝其損傷行為，并與建立的不同深度位置缺陷損傷行為判定標準進行比對，實現(xiàn)對誘導(dǎo)光學(xué)基板損傷的吸收性缺陷的深度位置檢測。
[0011]所述步驟①建立的微米空間分辨和納秒時間分辨的成像系統(tǒng)包括泵浦激光器、長工作距離顯微鏡和用于調(diào)節(jié)光路徑的調(diào)節(jié)組件，該成像系統(tǒng)工作時，泵浦激光器同時發(fā)出一束泵浦光和一束探測光，所述泵浦光直接照射在光學(xué)基板上，所述探測光經(jīng)調(diào)節(jié)組件后照射在光學(xué)基板后進入長工作距離顯微鏡，所述泵浦光為3-10nS脈寬的355nm激光，探測光為3-10ns脈寬的532nm激光。
[0012]所述調(diào)節(jié)組件包括依次設(shè)置的一 355nm透射、532nm反射的分光鏡和兩532nm反射鏡。
[0013]所述步驟②具體為:
[0014]21)將尺寸為5_50nm的金屬顆粒旋涂在光學(xué)基板上；
[0015]22)利用電子束蒸發(fā)技術(shù)分別鍍制與光學(xué)基板質(zhì)地類似的不同厚度的薄膜，制備出多類樣品，所述厚度包括I μ m、2 μ m、3 μ m、4 μ m和5 μ m。
[0016]所述步驟③具體為:
[0017]31)泵浦激光器同時發(fā)出一束泵浦光和一束探測光；
[0018]32)從低能量開始，逐步增加泵浦光激光能量，直至光學(xué)基板發(fā)生損傷；
[0019]33)調(diào)節(jié)探測光相對于泵浦光的時間延遲T1,獲得光學(xué)基板在!\為O?20ns時間范圍產(chǎn)生的初始損傷；
[0020]34)依次執(zhí)行步驟31)-33)，分別拍攝不同尺寸缺陷在在等效植入不同深度位置后在不同時間延遲的初始損傷行為；
[0021]35)對比分析缺陷初始損傷行為的差異性；
[0022]36)依據(jù)在不同深度位置吸收性缺陷的損傷特性，建立不同深度位置缺陷損傷行為判定標準。
[0023]所述損傷行為判定標準包括:激光能量、延遲時間T1、初始損傷橫向尺寸、初始損傷縱向尺寸、吸收性缺陷尺寸和吸收性缺陷深度位置。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于泵浦探測技術(shù)，建立亞微米空間分辨和納秒時間分辨的成像系統(tǒng)；并通過調(diào)節(jié)探測光到達被測樣品的空間距離獲得特定的時間延遲，從而得到在特定的時間延遲下樣品的損傷行為；并制備含有不同植入深度的吸收性缺陷的基板，分析歸納不同深度吸收性缺陷的損傷特性，實現(xiàn)吸收性缺陷深度信息的精確檢測。
[0025]本發(fā)明以三倍頻透射元件為研宄對象，利用納秒時間分辨的泵浦探測成像技術(shù)，探索缺陷誘導(dǎo)激光損傷過程中初始破壞結(jié)構(gòu)在納秒時間尺度的特征和生長規(guī)律；依據(jù)不同深度缺陷誘導(dǎo)損傷行為的差異，提出一種能夠?qū)p傷源位置深度進行微米精度識別的檢測方法，這一檢測方法對光學(xué)元件的加工工藝的改進有重要的作用。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明建立的微米空間分辨和納秒時間分辨的成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為吸收性金屬顆粒植入光學(xué)基板制備過程示意圖；
[0028]圖3 (a)為光學(xué)基板損傷前圖像；
[0029]圖3 (b)為吸收性金屬顆粒誘導(dǎo)光學(xué)基板損傷后的瞬態(tài)圖像。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0031]實施例
[0032]本實施例提供一種面向透射型光學(xué)基板中吸收性缺陷深度位置的檢測方法，是針對誘導(dǎo)透射型光學(xué)基板損傷的吸收性缺陷深度位置的檢測，基于泵浦探測技術(shù)，建立亞微米空間分辨和納秒時間分辨的成像系統(tǒng)；并通過調(diào)節(jié)探測光到達被測樣品的空間距離獲得特定的時間延遲，從而得到在特定的時間延遲下樣品的損傷行為；并制備含有不同植入深度的吸收性缺陷的基板，分析歸納不同深度吸收性缺陷的損傷特性，實現(xiàn)吸收性缺陷深度信息的檢測。
[0033]本實施例方法包括以下四個方面:
[0034]①基于泵浦探測技術(shù)，建立微米空間分辨和納秒時間分辨的成像系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括泵浦激光器1、長工作距離顯微鏡5和用于調(diào)節(jié)光路徑的調(diào)節(jié)組件，該成像系統(tǒng)工作時，泵浦激光器I同時發(fā)出一束泵浦光2和一束探測光3，泵浦光2直接照射在光學(xué)基板4上，探測光3經(jīng)調(diào)節(jié)組件后照射在光學(xué)基板4后進入長工作距離顯微鏡5，泵浦光2為3-10ns脈寬的355nm激