CSTM-光學(xué)元件表面吸收性缺陷檢測(cè)方法

MACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r1\hSEQMTChap\r1\hICSXX.XXX.XXXXX團(tuán) 體 標(biāo) 準(zhǔn)T/COEMAXXXXX-2020光學(xué)元件表面吸收性缺陷檢測(cè)方法InspectionMethodofAbsorptiveDefectsonOpticalComponentSurface202X-XX-XX發(fā)布202X-XX-XX實(shí)施發(fā)布中關(guān)村材料試驗(yàn)技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布T/CSTMXXXXX—2018T/COEMAXXXXX—20201I前言本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1-2020給出的規(guī)則起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所和合肥知常光電科技有限公司提出。本標(biāo)準(zhǔn)由中關(guān)村材料試驗(yàn)技術(shù)聯(lián)盟歸口。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所、合肥知常光電科技有限公司、中國(guó)工程物理研究院激光聚變研究中心標(biāo)準(zhǔn)化與檢測(cè)中心和上海理工大學(xué)。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：倪開(kāi)灶、邵建達(dá)、吳周令、劉世杰、王微微、柴立群、張大偉、陳堅(jiān)、黃明、趙建華、潘靖宇、唐春香。T/CSTMXXXXX—2018T/COEMAXXXXX-2020光學(xué)元件表面吸收性缺陷檢測(cè)方法范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了光學(xué)元件表面吸收性缺陷的術(shù)語(yǔ)與定義，檢測(cè)的一般要求、檢測(cè)原理與方法。本標(biāo)準(zhǔn)適用于經(jīng)拋光、鍍膜等加工后的平面光學(xué)元件表面吸收性缺陷的檢測(cè)。規(guī)范性引用文件本章無(wú)引文。術(shù)語(yǔ)、定義和符號(hào)術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。表面吸收性缺陷（surfaceabsorptivedefects）光學(xué)元件在生長(zhǎng)、研磨和拋光等加工過(guò)程中，在表面殘留的對(duì)工作波段激光具有較強(qiáng)吸收的微量金屬、非金屬雜質(zhì)，鍍膜過(guò)程中產(chǎn)生的節(jié)瘤等缺陷。主要分為：光學(xué)材料在形成過(guò)程中內(nèi)部含有的包裹物、金屬離子等缺陷在加工后出現(xiàn)在表面，形成吸收性缺陷。光學(xué)材料在加工過(guò)程中，研磨液和拋光液等殘留在元件表面和亞表面，形成吸收性缺陷。鍍膜過(guò)程中，環(huán)境中的雜質(zhì)附著在基片表面，形成的節(jié)瘤缺陷。一般要求環(huán)境要求環(huán)境要求如下：環(huán)境溫度：20℃±5℃；相對(duì)濕度：小于50%；潔凈度：環(huán)境潔凈，設(shè)備所在測(cè)試區(qū)域環(huán)境潔凈度達(dá)到千級(jí)；滿足待檢光學(xué)元件檢測(cè)的其他環(huán)境要求。設(shè)備要求設(shè)備要求如下：泵浦激光波長(zhǎng)：與待檢光學(xué)元件工作波長(zhǎng)一致；探測(cè)激光波長(zhǎng)：與泵浦激光波長(zhǎng)不同；探測(cè)激光功率：＜10mW；橫向分辨率：優(yōu)于10μm；設(shè)備檢測(cè)相對(duì)重復(fù)性：優(yōu)于±10%；泵浦激光功率穩(wěn)定性優(yōu)于2%，探測(cè)激光功率穩(wěn)定性優(yōu)于1%；設(shè)備移動(dòng)定位系統(tǒng)的定位精度優(yōu)于2μm。光學(xué)元件要求待檢光學(xué)元件要求如下：待檢光學(xué)元件表面潔凈，無(wú)水漬和污跡；待檢光學(xué)元件為拋光和鍍膜后的平板類光學(xué)元件。詳細(xì)要求檢測(cè)原理光學(xué)元件表面吸收性缺陷基于表面熱透鏡原理檢測(cè)，如圖1所示，被斬波器調(diào)制的強(qiáng)泵浦激光照射在待檢樣品表面，樣品表面吸收激光能量，導(dǎo)致樣品表面產(chǎn)生形變，形成熱包。另一束弱探測(cè)激光照射到熱包上，受熱包的調(diào)制，反射的探測(cè)激光出現(xiàn)衍射，探測(cè)激光光斑的中心光強(qiáng)變化幅值與樣品的吸收率成正比。通過(guò)光電探測(cè)器和鎖相放大器測(cè)量探測(cè)光斑中心的微弱的強(qiáng)度變化幅值。通常吸收性缺陷與光學(xué)元件本體吸收率有顯著差異，因此，探測(cè)信號(hào)的幅值有顯著的差異。通過(guò)該差異可以將吸收性缺陷從光學(xué)元件本體背景信號(hào)中識(shí)別出來(lái)。圖1光學(xué)元件表面吸收性缺陷檢測(cè)原理檢測(cè)方法基于表面熱透鏡原理的光學(xué)元件表面吸收性缺陷檢測(cè)方法如圖2所示。泵浦激光器發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)光功率調(diào)節(jié)器、偏振態(tài)調(diào)節(jié)器和分束器后被分成兩束，分束比≥9:1，其中較弱的一束激光被功率計(jì)接收，另一束較強(qiáng)的激光經(jīng)過(guò)斬波器被調(diào)制后，由會(huì)聚透鏡聚焦到待檢樣品表面。透過(guò)待檢樣品的泵浦激光被光陷阱收集。探測(cè)激光器發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)光功率調(diào)節(jié)器和分束器后被分成兩束，分束比≥9:1，其中一束激光被功率計(jì)接收，另一束激光經(jīng)過(guò)反射鏡和會(huì)聚透鏡后被聚焦到待檢樣品表面上泵浦光照射的區(qū)域。探測(cè)激光的光斑覆蓋泵浦激光誘導(dǎo)的熱包區(qū)域。探測(cè)激光經(jīng)過(guò)待檢樣品表面反射后通過(guò)帶通濾光片和光闌，帶通濾光片使探測(cè)激光通過(guò)，濾除泵浦激光產(chǎn)生的雜散光。光闌中心通光直徑小于探測(cè)激光在光闌處的光斑直徑。通過(guò)光闌的光束被光電探測(cè)器接收。探測(cè)激光透過(guò)待檢樣品的部分被光陷阱收集（圖中未顯示）。斬波器和光電探測(cè)器分別與鎖相放大器連接，輸入?yún)⒖夹盘?hào)和測(cè)量信號(hào)。經(jīng)過(guò)解調(diào)后，鎖相放大器輸出測(cè)量區(qū)域的幅值信號(hào)。待檢樣品固定在三維位移平臺(tái)上，三維位移平臺(tái)沿泵浦激光的光軸方向調(diào)節(jié)待檢樣品的位置，使其處于泵浦激光的焦點(diǎn)。三維位移平臺(tái)驅(qū)動(dòng)待檢樣品在垂直于泵浦激光的光軸的平面內(nèi)移動(dòng)，測(cè)量系統(tǒng)對(duì)待檢樣品按光柵掃描路線進(jìn)行測(cè)試。待檢樣品移動(dòng)步進(jìn)量為泵浦激光在待檢樣品表面的光斑直徑。掃描完成后，獲取測(cè)量區(qū)域的吸收性缺陷二維圖像。注：為了使測(cè)量誤差盡可能小，照射在待檢樣品表面的泵浦激光的強(qiáng)度較高，但不應(yīng)引起非線性吸收，也不能超過(guò)待檢樣品的損傷閾值，避免對(duì)待檢樣品造成損傷。泵浦激光的波長(zhǎng)和偏振態(tài)與待檢樣品的送檢單位的要求一致。1——泵浦激光器；2、12——光功率調(diào)節(jié)器；3——偏振態(tài)調(diào)節(jié)器；4、13——分束器；5、14——功率計(jì)；6——斬波器；7、16——會(huì)聚透鏡；8——待檢樣品；9——光陷阱；10——三維位移平臺(tái)；11——探測(cè)激光器；15——反射鏡；17——帶通濾光片；18——光闌；19——光電探測(cè)器；20——鎖相放大器；21——電腦圖2典型的表面吸收性缺陷檢測(cè)裝置檢測(cè)步驟打開(kāi)設(shè)備各部分控制開(kāi)關(guān)及軟件，激光器進(jìn)行預(yù)熱（預(yù)熱時(shí)間通常為30分鐘），使設(shè)備進(jìn)入正常工作狀態(tài)；對(duì)待檢樣品的表面進(jìn)行潔凈處理，達(dá)到4.3中被檢光學(xué)元件要求；將待檢樣品固定在三維位移平臺(tái)上；調(diào)節(jié)待檢樣品的姿態(tài)，使待檢樣品的表面垂直于泵浦激光的光軸；調(diào)節(jié)待檢樣品到聚焦泵浦激光的會(huì)聚透鏡的距離，使待檢樣品表面位于聚焦泵浦光的焦點(diǎn)位置；根據(jù)待檢樣品的測(cè)量區(qū)域的尺寸，三維位移平臺(tái)驅(qū)動(dòng)待檢樣品從起點(diǎn)開(kāi)始按光柵掃描方式運(yùn)動(dòng)，待檢樣品移動(dòng)的步進(jìn)量為泵浦激光在待檢樣品表面的光斑的束腰直徑，同時(shí)記錄泵浦光功率和探測(cè)光功率；輸出并保存表面吸收性缺陷的測(cè)量結(jié)果。數(shù)據(jù)處理根據(jù)掃描獲得的數(shù)據(jù)，計(jì)算幅值的平均值、最大值和最小值，繪制統(tǒng)計(jì)分布直方圖和缺陷分布圖。檢測(cè)報(bào)告測(cè)量結(jié)束后，填寫(xiě)光學(xué)元件表面吸收性缺陷檢測(cè)報(bào)告，報(bào)告格式見(jiàn)附錄A。檢測(cè)報(bào)告應(yīng)當(dāng)包括下列內(nèi)容：識(shí)別樣品名稱和來(lái)源、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，以及檢測(cè)日期所需的全部資料；引用標(biāo)準(zhǔn)；結(jié)果及表達(dá)形式；測(cè)量過(guò)程中觀察到的異常現(xiàn)象；任何本標(biāo)準(zhǔn)中未規(guī)定的操作，或任何可能影響測(cè)量結(jié)果的操作。

附錄AA.1檢測(cè)報(bào)告格式光學(xué)元件表面吸收性缺陷檢測(cè)報(bào)告如表A.1所示。表A.1光學(xué)元件表面吸收