[发明专利]光学元件亚表面缺陷数字全息检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学元件亚表面缺陷数字全息检测装置。该发明采用短相干光源，通过斜入射和对称接收的方式，获得光学元件亚表面缺陷的散射光信息，并与参考光束发生干涉；再利用数字全息原理计算分析亚表面缺陷的形貌以及深度分布的量化信息。本发明装置主要用于实现光滑的光学元件亚表面缺陷的检测。

背景技术

光学元件亚表面缺陷是处于元件表面以下亚微米到微米级深度的树状复杂结构，主要分为划痕、裂纹和杂质等，延伸深度可达几十微米到几百微米。高精度、高效的无损检测是评估光学元件亚表面缺陷并用于改善加工工艺的一个重大课题，近年来得到了国内外学者的重视和研究。目前的检测方式包括：（1）基于酸蚀和共焦显微技术结合的检测方法，虽易于观察到缺陷的存在，但由于酸蚀速率以及表面粗糙度的不均匀性，只能用于各向同性同质材料，适用性差，而且酸蚀过程会给元件带来不可预知的破坏性；（2）基于量子荧光和共焦显微的检测技术结合的方法，虽精度较高，但需要与元件碾磨、抛光过程融合，结构复杂，检测效率低；（3）偏光无损检测方法，通过内应力判定亚表面微破裂，速度快，但光束需从工件侧面射入，实用性有限，且目前无法实现缺陷形貌的定量分析；（4）内反射的方法，目前仅适于厚度较薄工件的检测，缺陷量化信息较难获得。综上所述，需要一种能够对光学元件亚表面缺陷实现非破坏性、高精度、可获得缺陷分布量化信息及适于较厚工件。

 本发明涉及一种光学元件亚表面缺陷检测方法和装置。本发明方法中，通过利用短相干光源，采用斜入射和对称接收的方式，获得光学元件亚表面缺陷的散射光信息，并构成数字全息记录系统，基于数字全息原理计算分析亚表面缺陷的形貌及深度分布的量化信息。该发明的特点：(1)所发明的装置可以抑制光学元件表面的反射光，保证只接收来自亚表面缺陷的散射光，提高了信号的信噪比； (2)在光路中采用了基于GRIN透镜的光纤探针接收散射光，克服了高倍率下采用显微物镜对于接收部分的限制；(3)装置中采用了短相干光源，可以抑制系统中的杂散光；（4）在信号处理上，采用数字全息算法，可以获得缺陷在深度方向形貌分布的定量信息。该发明装置提出采用光源斜入射和光纤探针接收散射光，并构成数字全息记录系统，从而实现亚表面缺陷检测的方法，动态性能好，并具有非破坏性和信息量化性，因此具有创新性。

发明内容

本发明装置的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种光学元件亚表面缺陷数字全息检测装置，要求具有动态性、非破坏性和信息的量化性。在这个装置中，核心的问题是获得来自于亚表面缺陷的散射光信息，抑制从表面直接反射的光以及系统中的杂散光。

为达到上述目的，本发明的构思是：

方案1：（一）短相干光源经光纤传播至分束器，由分束器将其分成两个光束，一束光作为参考光，一束光作测量光；其中参考光可通过光纤延迟线来调节参考光路的光程。（二）两部分光经过各自的扩束准直组件，被扩束为平行光。（三）两部分平行光分别由各自的起偏器控制得到通过某一偏振角的偏振光，再分别由透镜聚焦照射。（四）测量光路的光聚焦斜照射到表面光滑的光学元件上，通过置于对称位置的显微物镜接收亚表面反射光。（五）显微物镜对称接收得到的反射光与透镜聚焦过来的参考光同时射入分光镜，由光纤延迟线来调节两光路的光程差，使两相遇光在分光镜相遇时能够发生干涉。（六）干涉光经过检偏器后由CCD摄像机接收，再传递给PC，由数字全息系统对获得的图像进行再现，从而判断亚表面缺陷所处的位置和深度定量信息。

方案2：（一）短相干光源经光纤传播至分束器，由分束器将其分成两个光束，一束光作为参考光，一束光作测量光。（二）测量光经过扩束准直组件，被扩束为平行光。（三）平行光由起偏器来控制得到通过某一偏振角的偏振光，再由透镜聚焦照射。（四）光聚焦斜照射到表面光滑的光学元件上，通过置于对称位置的光纤探针接收亚表面反射光。（五）探针对称接收得到的反射光与参考光同时射入光束耦合器，通过光纤延迟线来调节两光路的光程差，使两相遇光相遇时能够发生干涉。（六）干涉光经过检偏器后由CCD摄像机接收，再传递给PC，由数字全息系统对获得的图像进行再现，从而判断亚表面缺陷所处的位置和深度定量信息。

根据上述发明构思，本发明采用如下的技术方案：