弱荧光成像条件下的熔石英亚表面缺陷高分辨成像方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113720815A(43)申请公布日2021.11.30(21)申请号202110822819.6(22)申请日2021.07.21(71)申请人中国工程物理研究院激光聚变研究中心地址621000四川省绵阳市绵山路64号(72)发明人刘红婕董瑞王方陈元郑天然袁晓东胡东霞(74)专利代理机构绵阳市博图知识产权代理事务所(普通合伙)51235代理人黎仲(51)Int.Cl.G01N21/64(2006.01)G01N21/01(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图4页(54)发明名称弱荧光成像条件下的熔石英亚表面缺陷高分辨成像方法(57)摘要本发明公开了一种弱荧光成像条件下的熔石英亚表面缺陷高分辨成像方法，包括构建一缺陷检测装置；连续激光束60°‑70°入射到样品表面，在离轴照明模式下，使样品的表面及亚表面缺陷在EMCCD中清晰成像。本发明针对样品亚表面的缺陷具有极低的荧光量子产额及传统成像CCD无法响应弱荧光的问题，确定其荧光缺陷的激发光谱以及发射光谱特性，在此基础上选择合适的激发波长光源及探测器，采用离轴照明模式，克服了同轴照明方式下杂散光严重干扰目标弱荧光信号，无法高分辨成像的问题；结合所测样品的透反率、菲涅尔反射、激光能量等因素，确定了最佳的入射角度，本发明可实现对熔石英光学元件快速、无损、高分辨、大面积成像检测。CN113720815ACN113720815A权利要求书1/1页1.一种弱荧光成像条件下的熔石英亚表面缺陷高分辨成像方法，其特征在于：包括以下步骤；（1）构建一缺陷检测装置，所述缺陷检测装置包括样品台、激光器和图像采集单元；所述样品台水平设置，用于放置样品并带动其三维移动；所述激光器用于发出连续激光束，经整形、聚焦后形成激发光源至样品表面及亚表面；所述图像采集单元位于样品台正上方，用于对样品表面激发的荧光信号成像，包括从上到下依次设置的EMCCD、滤波片和可变倍显微成像镜头；（2）选取一熔石英材料的样品，安装在样品台上，连续激光束倾斜入射到样品表面，且与样品表面呈60°‑70°夹角，可变倍显微成像镜头位于样品正上方，并与样品表面垂直，用于获取连续激光束在样品表面产生的荧光信号并荧光成像，所述可变倍显微成像镜头采用5‑45倍光学放大成像镜头，可变倍显微成像镜头中物镜的数值孔径为0.4；（3）在激发光源下，调节可变倍成像镜头的高度和可变倍数，使样品表面在EMCCD中清晰成像。2.根据权利要求1所述的弱荧光成像条件下的熔石英亚表面缺陷高分辨成像方法，其特征在于：步骤（2）中，采用荧光光谱仪对样品表面缺陷进行光谱分析。3.根据权利要求1所述的弱荧光成像条件下的熔石英亚表面缺陷高分辨成像方法，其特征在于：所述激光器为离轴照明模式，且激发光源为偏振光。4.根据权利要求1所述的弱荧光成像条件下的熔石英亚表面缺陷高分辨成像方法，其特征在于：所述激光器为355nm连续激光器，所述滤波片为375nm高通滤波片。5.根据权利要求1所述的弱荧光成像条件下的熔石英亚表面缺陷高分辨成像方法，其特征在于：还包括以下步骤；（4）将样品表面分为数个区域，设置样品台的运动轨迹，使样品台依次移动到每个区域单独成像，形成与每个区域一一对应的荧光图像。2CN113720815A说明书1/4页弱荧光成像条件下的熔石英亚表面缺陷高分辨成像方法技术领域[0001]本发明涉及一种成像方法，尤其涉及一种弱荧光成像条件下的熔石英亚表面缺陷高分辨成像方法。背景技术[0002]为了获得最大输出，大型高功率/高能量激光装置都在接近于光学元件损伤阈值的通量下运行，因此光学元件损伤性能尤其重要，是决定这类激光装置输出能力的关键。目前高通量下光学元件的损伤问题大部分都可归结于光学元件亚表面各类缺陷，光学材料经过切割、研磨、抛光等过程加工成光学元件，尽管表面看起来近乎完美无瑕，粗糙度在1nm以下，但其表面和亚表面层不可避免存在亚表面微裂纹和杂质污染等微观缺陷。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。研究表明利用氢氟酸刻蚀处理可以有效去除亚表层缺陷，从而大幅度提高光学元件的抗损伤性能，但氢氟酸深度刻蚀会影响光学元件面形、表面疵病及引发再次污染。[0003]采用现有的荧光成像测试技术，可以实现对光学元件亚表面缺陷的无损、快速检测，但存在只能对大尺度的亚表面缺陷进行检测的问题，对用于高功率激光装置的光学元件来说，这种检测精度是远远不够的。由于光学元件亚表面的微米级别/亚微米级别的荧光量子产额极低，导致传统的成像CCD很难对弱荧光进行响应，且噪声严重。同时，同轴照明方式下的杂散荧光会严重干扰缺陷目标荧光的清晰成像，导致成像分辨率较低。发明内容[0004