面向透射型光學(xué)基板中吸收性缺陷深度位置的檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及透射型光學(xué)元件領(lǐng)域，尤其是涉及一種面向透射型光學(xué)基板中吸收性缺陷深度位置的檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]透射元件在激光加工、激光武器以及高功率激光系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，是光學(xué)系統(tǒng)中必不可少的基本元件。而隨著激光器輸出能量的不斷提高，其激光誘導(dǎo)破壞問(wèn)題已成為制約強(qiáng)激光技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵因素，也是限制激光技術(shù)向高能量、高功率方向發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)。由脆性材料熔石英研磨、拋光而成的、應(yīng)用于紫外波段的透射元件，在其制備過(guò)程中不可避免地會(huì)引入表面和亞表面缺陷，即使是納米尺度的強(qiáng)吸收性雜質(zhì)都可能成為紫外波段激光破壞的主要誘因和元件使用壽命的短板。
[0003]雖然國(guó)內(nèi)外許多單位在光學(xué)檢測(cè)和制造技術(shù)上具有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，當(dāng)前依然未能完全解決缺陷誘導(dǎo)透射元件的激光損傷問(wèn)題，特別是三倍頻透射元件的頻繁損壞仍然是當(dāng)前主要的瓶頸問(wèn)題之一。許多單位在提升檢測(cè)精度和尋找新的檢測(cè)方法的同時(shí)，也在探索表面后處理技術(shù)和CO2激光預(yù)處理技術(shù)來(lái)有限度降低潛在限制性和不穩(wěn)定缺陷發(fā)生災(zāi)難性損傷的風(fēng)險(xiǎn)，但這些改善和輔助方法的適用性和有效性仍然取決于前期光學(xué)加工的質(zhì)量。因此，對(duì)影響損傷性能的限制性缺陷的識(shí)別和診斷，是指導(dǎo)元件加工工藝優(yōu)化和改進(jìn)的直接反饋、是提升元件激光損傷性能的前提。透射元件發(fā)生激光損傷的誘因非常復(fù)雜，與缺陷類(lèi)型、缺陷深度和激光能量密切相關(guān)。因此，需要發(fā)展直接與損傷性能聯(lián)系的缺陷檢測(cè)技術(shù)，對(duì)誘導(dǎo)元件損傷的缺陷特征和位置深度進(jìn)行識(shí)別和診斷，進(jìn)而分析缺陷的引入源頭和去除工藝，從而提高透射型光學(xué)元件的抗激光損傷性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決上述技術(shù)的不足，提供了一種識(shí)別精度高、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的面向透射型光學(xué)基板中吸收性缺陷深度位置的檢測(cè)方法。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0006]一種面向透射型光學(xué)基板中吸收性缺陷深度位置的檢測(cè)方法，該方法是針對(duì)誘導(dǎo)透射型光學(xué)基板損傷的吸收性缺陷深度位置的檢測(cè)，包括以下步驟:
[0007]①基于泵浦探測(cè)技術(shù)，建立微米空間分辨和納秒時(shí)間分辨的成像系統(tǒng)；
[0008]②將金屬顆粒旋涂在光學(xué)基板表面，再鍍制與光學(xué)基板質(zhì)地類(lèi)似的不同厚度的薄膜，等效將吸收性缺陷植入在光學(xué)基板的不同深度位置；
[0009]③利用所述成像系統(tǒng)拍攝相同深度位置缺陷在不同時(shí)間階段、不同深度位置缺陷在同一時(shí)間階段的損傷行為，提取缺陷發(fā)生損傷后的特征信息，建立不同深度位置缺陷的損傷行為判定標(biāo)準(zhǔn)；
[0010]④對(duì)實(shí)際光學(xué)基板進(jìn)行缺陷深度檢測(cè)，拍攝其損傷行為，并與建立的不同深度位置缺陷損傷行為判定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)誘導(dǎo)光學(xué)基板損傷的吸收性缺陷的深度位置檢測(cè)。
[0011]所述步驟①建立的微米空間分辨和納秒時(shí)間分辨的成像系統(tǒng)包括泵浦激光器、長(zhǎng)工作距離顯微鏡和用于調(diào)節(jié)光路徑的調(diào)節(jié)組件，該成像系統(tǒng)工作時(shí)，泵浦激光器同時(shí)發(fā)出一束泵浦光和一束探測(cè)光，所述泵浦光直接照射在光學(xué)基板上，所述探測(cè)光經(jīng)調(diào)節(jié)組件后照射在光學(xué)基板后進(jìn)入長(zhǎng)工作距離顯微鏡，所述泵浦光為3-10nS脈寬的355nm激光，探測(cè)光為3-10ns脈寬的532nm激光。
[0012]所述調(diào)節(jié)組件包括依次設(shè)置的一 355nm透射、532nm反射的分光鏡和兩532nm反射鏡。
[0013]所述步驟②具體為:
[0014]21)將尺寸為5_50nm的金屬顆粒旋涂在光學(xué)基板上；
[0015]22)利用電子束蒸發(fā)技術(shù)分別鍍制與光學(xué)基板質(zhì)地類(lèi)似的不同厚度的薄膜，制備出多類(lèi)樣品，所述厚度包括I μ m、2 μ m、3 μ m、4 μ m和5 μ m。
[0016]所述步驟③具體為:
[0017]31)泵浦激光器同時(shí)發(fā)出一束泵浦光和一束探測(cè)光；
[0018]32)從低能量開(kāi)始，逐步增加泵浦光激光能量，直至光學(xué)基板發(fā)生損傷；
[0019]33)調(diào)節(jié)探測(cè)光相對(duì)于泵浦光的時(shí)間延遲T1,獲得光學(xué)基板在!\為O?20ns時(shí)間范圍產(chǎn)生的初始損傷；
[0020]34)依次執(zhí)行步驟31)-33)，分別拍攝不同尺寸缺陷在在等效植入不同深度位置后在不同時(shí)間延遲的初始損傷行為；
[0021]35)對(duì)比分析缺陷初始損傷行為的差異性；
[0022]36)依據(jù)在不同深度位置吸收性缺陷的損傷特性，建立不同深度位置缺陷損傷行為判定標(biāo)準(zhǔn)。
[0023]所述損傷行為判定標(biāo)準(zhǔn)包括:激光能量、延遲時(shí)間T1、初始損傷橫向尺寸、初始損傷縱向尺寸、吸收性缺陷尺寸和吸收性缺陷深度位置。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于泵浦探測(cè)技術(shù)，建立亞微米空間分辨和納秒時(shí)間分辨的成像系統(tǒng)；并通過(guò)調(diào)節(jié)探測(cè)光到達(dá)被測(cè)樣品的空間距離獲得特定的時(shí)間延遲，從而得到在特定的時(shí)間延遲下樣品的損傷行為；并制備含有不同植入深度的吸收性缺陷的基板，分析歸納不同深度吸收性缺陷的損傷特性，實(shí)現(xiàn)吸收性缺陷深度信息的精確檢測(cè)。
[0025]本發(fā)明以三倍頻透射元件為研宄對(duì)象，利用納秒時(shí)間分辨的泵浦探測(cè)成像技術(shù)，探索缺陷誘導(dǎo)激光損傷過(guò)程中初始破壞結(jié)構(gòu)在納秒時(shí)間尺度的特征和生長(zhǎng)規(guī)律；依據(jù)不同深度缺陷誘導(dǎo)損傷行為的差異，提出一種能夠?qū)p傷源位置深度進(jìn)行微米精度識(shí)別的檢測(cè)方法，這一檢測(cè)方法對(duì)光學(xué)元件的加工工藝的改進(jìn)有重要的作用。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為本發(fā)明建立的微米空間分辨和納秒時(shí)間分辨的成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為吸收性金屬顆粒植入光學(xué)基板制備過(guò)程示意圖；
[0028]圖3 (a)為光學(xué)基板損傷前圖像；
[0029]圖3 (b)為吸收性金屬顆粒誘導(dǎo)光學(xué)基板損傷后的瞬態(tài)圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0031]實(shí)施例
[0032]本實(shí)施例提供一種面向透射型光學(xué)基板中吸收性缺陷深度位置的檢測(cè)方法，是針對(duì)誘導(dǎo)透射型光學(xué)基板損傷的吸收性缺陷深度位置的檢測(cè)，基于泵浦探測(cè)技術(shù)，建立亞微米空間分辨和納秒時(shí)間分辨的成像系統(tǒng)；并通過(guò)調(diào)節(jié)探測(cè)光到達(dá)被測(cè)樣品的空間距離獲得特定的時(shí)間延遲，從而得到在特定的時(shí)間延遲下樣品的損傷行為；并制備含有不同植入深度的吸收性缺陷的基板，分析歸納不同深度吸收性缺陷的損傷特性，實(shí)現(xiàn)吸收性缺陷深度信息的檢測(cè)。
[0033]本實(shí)施例方法包括以下四個(gè)方面:
[0034]①基于泵浦探測(cè)技術(shù)，建立微米空間分辨和納秒時(shí)間分辨的成像系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括泵浦激光器1、長(zhǎng)工作距離顯微鏡5和用于調(diào)節(jié)光路徑的調(diào)節(jié)組件，該成像系統(tǒng)工作時(shí)，泵浦激光器I同時(shí)發(fā)出一束泵浦光2和一束探測(cè)光3，泵浦光2直接照射在光學(xué)基板4上，探測(cè)光3經(jīng)調(diào)節(jié)組件后照射在光學(xué)基板4后進(jìn)入長(zhǎng)工作距離顯微鏡5，泵浦光2為3-10ns脈寬的355nm激