[发明专利]光学元件多模态原位缺陷测量装置和测量方法

说明书

本发明提出了一种光学元件多模态原位缺陷测量装置和测量方法，包括泵浦激发系统、散射照明系统、吸收探测系统、光致发光探测系统、发光光谱探测系统和散射探测系统。本发明基于光学元件加工过程中产生的各类缺陷的吸收、光致发光和散射效应实现了不同类型缺陷原位测量，解决了单一测量技术漏检，不同测量装置之间错位测量、表征不准确的问题，根据缺陷的发光光谱可以判定缺陷物质类型，能够更准确评价同一位置的缺陷性质，为客观完整地评价光学元件加工质量提供有力支撑。

技术领域

本发明涉及缺陷检测领域，特别是一种针对光学元件缺陷的多模态测量装置和测量方法。

背景技术

光学材料在加工过程中产生的各种缺陷是导致精密光学元件损伤阈值降低并造成损伤的主要原因。当前加工过程产生的缺陷主要包括：各道工序中产生的划痕、麻点和崩边等结构性缺陷；材料生长、研磨、抛光和修形过程的生长溶液、研磨液和抛光液残留物中的金属杂质离子和有机络合物，以及镀膜过程引入的节瘤缺陷等吸收性缺陷；此外还包括悬挂键、非桥键氧和氧空位在强激光辐照下产生自捕获激子、色心等电子缺陷。

目前已有缺陷检测方法主要是针对上述各类缺陷中的某一类或部分缺陷进行检测。显微散射暗场成像技术主要用于测量划痕、麻点等结构性缺陷，无法测量吸收性缺陷和电子缺陷。光热扫描成像技术用于测量吸收性缺陷。荧光成像技术用于测量电子缺陷和部分发光的吸收性缺陷。上述单一测量装置无法覆盖所有类型的缺陷，导致其它类型的缺陷被漏检，并且同一位置的缺陷也包含不同类型的缺陷，如划痕和麻点中会残留抛光液等吸收性缺陷，故而上述单一技术无法对光学元件的质量做出客观完整的评价。且上述单一技术也不能区分识别缺陷类别和来源，无法为工艺改进提供数据支撑。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种光学元件多模态原位缺陷测量装置和测量方法。通过不同类型缺陷具有的散射、吸收和光致发光特性实现各类缺陷原位测量，结合缺陷的发光光谱特性进一步判别缺陷物质类型。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种光学元件多模态原位缺陷测量装置，其特点在于，包括泵浦激发系统、散射照明系统、吸收探测系统、光致发光探测系统、发光光谱探测系统和散射探测系统；

所述的泵浦激发系统包括泵浦激发光源，所述的泵浦激发光源的泵浦激发光束依次经第一功率调节器、扩束器、斩波器、第一反射镜、第二二向色镜和第一会聚透镜后，垂直照射到样品表面上；样品表面的缺陷在泵浦激发光束激励下产生的发光信号由光致发光信号探测模块和发光光谱探测模块接收；

所述的吸收探测系统包括探测光源，所述的探测光源的探测光束经半波片、偏振分束器、四分之一波片、第一二向色镜、第二二向色镜和第一会聚透镜后，垂直照射到样品表面；

所述的样品表面在聚焦泵浦激发光束照射下产生热形变，聚焦的探测光束的振幅和相位被样品表面热形变调制，使其远场光强空间分布发生变化，调制后的探测光束经过样品表面反射，依次经第一会聚透镜、第二二向色镜、第一二向色镜和四分之一波片后，经偏振分束器反射进入吸收信号探测模块；

所述的散射照明系统包括散射照明光源，所述的散射照明光源的散射照明光束依次经第二功率调节器、第二反射镜、第二会聚透镜后，倾斜入射到样品表面，产生反射光和散射光，所述的反射光入射到光阱，所述的散射光依次经第一会聚透镜和第二二向色镜后，入射到第一二向色镜，经第一二向色镜反射后，由散射信号探测模块接收；

所述的泵浦激发光束、探测光束和散射照明光束在样品表面的光斑相互重叠；样品表面上聚焦泵浦激发光斑的直径与聚焦散射照明光斑的直径一致；

所述的斩波器的信号输出端与锁相放大器的参考信号输入端连接，该锁相放大器的测量信号输入端分别与所述的吸收信号探测模块和光致发光信号探测模块相连；