[发明专利]一种利用荧光增强法检测光学元件亚表面缺陷的方法

说明书

本发明公开了一种利用荧光增强法检测光学元件亚表面缺陷的方法，属于光学元件检测技术领域，其方法是在光学元件表面不同工序中加入一定浓度的荧光剂水溶液，使其表面处理工艺中所出现的亚表面划痕和缺陷均有荧光物质；加工好的光学元件样品在激光光致发光成像测试装置中进行同位的散射和荧光成像，通过荧光和散射图像的图像处理，可获得不同工艺阶段下光学元件的亚表面缺陷信息情况；本发明可获得光学元件较全面的亚表面缺陷图像及信息，包括但不限于缺陷的密度、大小、位置等，本发明的方法不仅可用于光学元件的亚表面缺陷检测，还可用于其它透明元件抛光工艺中引发的亚表层缺陷检测中，通用性好。

技术领域

本发明涉及光学元件检测技术领域，尤其涉及一种利用荧光增强法检测光学元件亚表面缺陷的方法。

背景技术

光学元件紫外激光损伤是限制激光系统输出能力的重要原因。受限的核心大部分都可归结于光学元件的亚表面缺陷，这些缺陷深度在几微米到数百微米，当激光辐照时会吸收激光能量导致局部材料高温进而引发损伤。因此，光学元件亚表面缺陷的探测技术和方法非常关键。

光学元件的亚表面缺陷是引发元件激光损伤的主要原因之一。高质量光学元件的加工，已经进入超精密抛光控制阶段。因此获得光学元件亚表面缺陷的大小、分布以及密度，对评价元件的加工工艺、损伤性能等具有重要意义。

光学元件的批量加工环节中，主要存在表面/亚表面划痕、麻点为代表的破碎性缺陷和抛光液沉积层、加工碎屑为代表的污染性缺陷。

目前，光学元件亚表面缺陷检测方法有很多，主要可分为两大类：

1) 通过物理或化学的方法，将亚表面缺陷暴露出来观测的破坏性检测方法，比如有逐层抛光刻蚀法、击坑显微法、磁流变抛光法、恒定化学刻蚀速率法等。这些方法对研究材料的激光表面损伤阈值与材料表面性质之间关系研究得到了有意义的研究结果。但这些方法具有检测周期长、破坏性、信息不全等缺点；

2) 无损检测技术，主要包括共聚焦荧光扫描显微技术、全内反射检测技术、光学相干层析技术、激光发光成像技术等。全内反射和光学相干层析技术精度太低，难以满足光学元件亚表面缺陷微观尺寸的要求；荧光显微成像技术可以同时获得光学元件表面缺陷和亚表面缺陷，但是难以区分缺陷位于表面还是亚表面。由于只有亚表面缺陷才更容易引发损伤，因此这不利于光学元件损伤性能的预判。在目前的无损检测技术中，因光学元件表面处理工艺中所引入的污染性缺陷杂质荧光强度较弱，测试所获得的数据并不全面；且亚表面缺陷中有部分缺陷嵌入的污染性杂质有可能并无荧光图像，因此获得的光学元件亚表面缺陷图像并不全面。

为了解决这些问题，本领域技术人员做出了很多努力，并得到了一定的解决方案，比如，专利申请号为CN201811285880.6、专利名称为“一种荧光量子点检测玻璃表面和亚表面损伤的方法”的专利，所公开的检测玻璃表面和亚表面损伤的方法，该方法是将CdSe/ZnS核壳结构荧光量子点采用甲苯和丙酮作为溶剂，然后在样品表面研磨出凹坑揭示亚表面损伤，再将样品浸没于前述的量子点溶液中，待甲苯和丙酮挥发后置于荧光共聚焦显微镜下观察，得到表面的三维形貌和凹坑内荧光强度变化曲线，再用ImageI软件分析得到样品表面粗糙度，根据荧光强度变化得到亚表面损伤层的厚度；

在上述专利中，其检测方法为有损检测方法，是将亚表面缺陷暴露出来，加入量子点来对亚表面缺陷进行荧光增强，利用共聚焦荧光成像进行。

又比如，专利申请号为CN201310251032、专利名称为“光学玻璃亚表面缺陷的检测方法”的专利，公开了一种配置荧光素水溶液，在磨料中加入该荧光素溶液，并在抛光粉中也加入荧光素溶液，然后在355nm单光色照射下使用荧光显微镜观测抛光后的光学玻璃，从而实现对光学玻璃亚表面缺陷的无损检测；

相对于本申请，该专利除了仅有一种荧光物质，且混合溶剂可能会对熔石英表面处理工艺有一定的影响，另外熔石英亚表面缺陷荧光的检测，该方法无法区分表面及亚表面的荧光缺陷，且无法获得光学元件全口径的亚表面荧光图像。