光学元件表面吸收性缺陷检测方法

MACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r1\hSEQMTChap\r1\hICSXX.XXX.XXXXX团 体 标 准T/COEMAXXXXX-2020光学元件表面吸收性缺陷检测方法InspectionMethodofAbsorptiveDefectsonOpticalComponentSurface202X-XX-XX发布202X-XX-XX实施发布中关村材料试验技术联盟发布T/COEMAXXXXX—2020IT/CSTMXXXXX—20181T/COEMAXXXXX-2020光学元件表面吸收性缺陷检测方法范围本标准规定了光学元件表面吸收性缺陷的术语与定义，检测的一般要求、检测原理与方法。本标准适用于经抛光、镀膜等加工后的平面光学元件表面吸收性缺陷的检测。规范性引用文件本章无引文。术语、定义和符号术语和定义下列术语和定义适用于本文件。表面吸收性缺陷（surfaceabsorptivedefects）光学元件在生长、研磨和抛光等加工过程中，在表面残留的对工作波段激光具有较强吸收的微量金属、非金属杂质，镀膜过程中产生的节瘤等缺陷。主要分为：光学材料在形成过程中内部含有的包裹物、金属离子等缺陷在加工后出现在表面，形成吸收性缺陷。光学材料在加工过程中，研磨液和抛光液等残留在元件表面和亚表面，形成吸收性缺陷。镀膜过程中，环境中的杂质附着在基片表面，形成的节瘤缺陷。一般要求环境要求环境要求如下：环境温度：20℃±5℃；相对湿度：小于50%；洁净度：环境洁净，设备所在测试区域环境洁净度达到千级；满足待检光学元件检测的其他环境要求。设备要求设备要求如下：泵浦激光波长：与待检光学元件工作波长一致；探测激光波长：与泵浦激光波长不同；探测激光功率：＜10mW；横向分辨率：优于10μm；设备检测相对重复性：优于±10%；泵浦激光功率稳定性优于2%，探测激光功率稳定性优于1%；设备移动定位系统的定位精度优于2μm。光学元件要求待检光学元件要求如下：待检光学元件表面洁净，无水渍和污迹；待检光学元件为抛光和镀膜后的平板类光学元件。详细要求检测原理光学元件表面吸收性缺陷基于表面热透镜原理检测，如图1所示，被斩波器调制的强泵浦激光照射在待检样品表面，样品表面吸收激光能量，导致样品表面产生形变，形成热包。另一束弱探测激光照射到热包上，受热包的调制，反射的探测激光出现衍射，探测激光光斑的中心光强变化幅值与样品的吸收率成正比。通过光电探测器和锁相放大器测量探测光斑中心的微弱的强度变化幅值。通常吸收性缺陷与光学元件本体吸收率有显著差异，因此，探测信号的幅值有显著的差异。通过该差异可以将吸收性缺陷从光学元件本体背景信号中识别出来。图1光学元件表面吸收性缺陷检测原理检测方法基于表面热透镜原理的光学元件表面吸收性缺陷检测方法如图2所示。泵浦激光器发出的激光经过光功率调节器、偏振态调节器和分束器后被分成两束，分束比≥9:1，其中较弱的一束激光被功率计接收，另一束较强的激光经过斩波器被调制后，由会聚透镜聚焦到待检样品表面。透过待检样品的泵浦激光被光陷阱收集。探测激光器发出的激光经过光功率调节器和分束器后被分成两束，分束比≥9:1，其中一束激光被功率计接收，另一束激光经过反射镜和会聚透镜后被聚焦到待检样品表面上泵浦光照射的区域。探测激光的光斑覆盖泵浦激光诱导的热包区域。探测激光经过待检样品表面反射后通过带通滤光片和光阑，带通滤光片使探测激光通过，滤除泵浦激光产生的杂散光。光阑中心通光直径小于探测激光在光阑处的光斑直径。通过光阑的光束被光电探测器接收。探测激光透过待检样品的部分被光陷阱收集（图中未显示）。斩波器和光电探测器分别与锁相放大器连接，输入参考信号和测量信号。经过解调后，锁相放大器输出测量区域的幅值信号。待检样品固定在三维位移平台上，三维位移平台沿泵浦激光的光轴方向调节待检样品的位置，使其处于泵浦激光的焦点。三维位移平台驱动待检样品在垂直于泵浦激光的光轴的平面内移动，测量系统对待检样品按光栅扫描路线进行测试。待检样品移动步进量为泵浦激光在待检样品表面的光斑直径。扫描完成后，获取测量区域的吸收性缺陷二维图像。注：为了使测量误差尽可能小，照射在待检样品表面的泵浦激光的强度较高，但不应引起非线性吸收，也不能超过待检样品的损伤阈值，避免对待检样品造成损伤。泵浦激光的波长和偏振态与待检样品的送检单位的要求一致。1——泵浦激光器；2、12——光功率调节器；3——偏振态调节器；4、13——分束器；5、14——功率计；6——斩波器；7、16——会聚透镜；8——待检样品；9——光陷阱；10——三维位移平台；11——探测激光器；15——反射镜；17——带通滤光片；18——光阑；19——光电探测器；20——锁相放大器；21——电脑图2典型的表面吸收性缺陷检测装置检测步骤打开设备各部分控制开关及软件，激光器进行预热（预热时间通常为30分钟），使设备进入正常工作状态；对待检样品的表面进行洁净处理，达到4.3中被检光学元件要求；将待检样品固定在三维位移平台上；调节待检样品的姿态，使待检样品的表面垂直于泵浦激光的光轴；调节待检样品到聚焦泵浦激光的会聚透镜的距离，使待检样品表面位于聚焦泵浦光的焦点位置；根据待检样品的测量区域的尺寸，三维位移平台驱动待检样品从起点开始按光栅扫描方式运动，待检样品移动的步进量为泵浦激光在待检样品表面的光斑的束腰直径，同时记录泵浦光功率和探测光功率；输出并保存表面吸收性缺陷的测量结果。数据处理根据扫描获得的数据，计算幅值的平均值、最大值和最小值，绘制统计分布直方图和缺陷分布图。检测报告测量结束后，填写光学元件表面吸收性缺陷检测报告，报告格式见附录A。检测报告应当包括下列内容：识别样品名称和来源、实验室环境，以及检测日期所需的全部资料；引用标准；结果及表达形式；测量过程中观察到的异常现象；任何本标准中未规定的操作，或任何可能影响测量结果的操作。

附录AA.1检测报告格式光学元件表面吸收性缺陷检测报告如表A.1所示。表A.1光学元件表面吸收性缺陷检测报告送检单位送检日期材料类型元件编号元件几何尺寸（mm）环境温度（℃）相对湿度检测设备设备状态测试波长（nm）测试偏振态泵浦光功率（W）探测光功率（mW）检测依据表面吸收性缺陷测量结果：检测人：检测日期：复核人：复核日期：前  言本标准按照GB/T1.1-2020给出的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本标准由中国科学院上海光学精密机械研究所和合肥知常光电科技有限公司提出。本标准由中关村材料试验技术联盟归口。本标准起草单位：中国科学院上海光学精密机械研究所、合肥知常光电科技有限公司、中国工程物理研究院激光聚变研究中心标准化与检测中心和上海理工大学。本标准主要起草人：倪开灶、邵建达、吴周令、刘世杰、王微微、柴立群、张大伟、陈坚、黄明、赵建华、潘靖宇、唐春香。前  言本标准按照GB/T1.1-2020给出的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本标准由中国科学院上海光学