超光滑表面的疵病测量研究

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毕业论文

1引言（或绪论）1

1.1疵病.1

1.2疵病检测方法2

1.3研究内容.4

2测量仪器及测量方法5

2.1检测对象.5

2.2CCD散射显微镜.6

2.3积分散射仪.8

3实验及反馈.13

3.1积分散射仪测试13

3.2CCD散射显微镜测试.14

4总结与感想.20

致谢21

参考文献.22
1 引言（或绪论）表面粗糙度反应了物体表面的微观几何形状差异，它是衡量光学系统表面粗糙度的一项相当关键的指标，而且表面粗糙度会随着光学表面的散射现象程度的不同而被影响。通常情况下，粗糙度越大，表面散射现象越明显，散射现象带来的光线损耗就越大。在研制高性能的激光陀螺仪时，因为激光腔各元件产生的背向散射是导致其出现闭锁的主要原因，而要获得高质量的低损耗膜层就要严格控制基底表面的粗糙度，所以要求环形腔中的高反射镜片具有很低的散射损耗；在光通讯领域，对基片要求为基片表面达到超光滑级别，从而可以得到质量较高的 DWDM 滤光片；在短波光学域，表面形貌作为散射的重要诱因更是得到了相当的重视。因此，表面粗糙度的测量相当重要，尤其是超光滑表面的粗糙度更需要精确的检测方式方法。现在，我们使用较广泛的测量光学表面粗糙度的方法有：机械触针式轮廓测量、光学非接触式测量、扫描电子显微镜法和散射仪法等。由于触针会对被测表面造成剐蹭,所以精密表面测量不会选择使用机械触针式轮廓仪。而散射法中的积分散射法因为其灵敏度高，检测快速，对被测光学表面不造成伤害等特点而受到关注。所以非接触光学测量因为其优点受到比较广泛的利用。
1.1 疵病光学表面疵病主要是由于生产操作过程中人为的不规范而导致元件表面有效范围内存在微小的结构被破坏的现象，发生于生产加工整个过程中或者之后。这种被破坏的微小结构的存在会影响光学精密元件，不仅可能影响整个光学精密仪器的正常使用，甚至对整个光路系统造成不可修复的损坏。光学零件的表面疵病是指光学零件经抛光加工后光学零件表面存在的麻点、擦痕、开口气泡、破点及破边等加工缺陷。[1]擦痕是光学零件表面上的长条形划伤。在高倍显微镜下可以看到,细擦痕的底部比较平整,边缘较齐。麻点是光学表面上的凹坑或蚀坑,其坑表面粗糙度较大,边缘也不规则。气泡是由玻璃熔炼过程中未排除的气体所形成,由于气体压力各向均匀,所以气泡呈规则球形。[2]划痕的定义是由于不当处理所造成的元件表面上的条形划伤。在国际标准 ISO10110-7中规定短划痕的长度小于 2mm，大于 2mm 则属于长划痕。在检测时评价短划痕的标准可以是累计长度，判定区分长划痕和短话很可以参考其长宽比，规定短划痕的标准是长宽比小于160，不符的则归为长划痕，划痕的特点是底部比较平整，边缘部分也较为平齐。气泡的形状一般呈规则的球形，形成原因主要是由于玻璃熔炼过程中存在的气体未能被排除。麻点指的是光学元件表面上的凹坑或斑点，其表面粗糙度较大，等效的边缘不规则，直径一般不大于450um。1.2 疵病的检测方法光学元件表面的品质对整个光路系统有重大影响，表面疵病因其对系统造成不良后果所以我们必须予以重视，但表面疵病的难以检测且使用需求比较大，所以研究光学表面疵病的检测一直是元件表面检测的重难点。当前常用的两种对元件表面疵病的检测方法,包括目测法、源`自*优尔~文·论^文`网[www.youerw.com激光衍射图样识别法、滤波成像法等在内的成像法,和主要包括散射光能量积分法的散射光能量分析。疵病散射光的特性是目前大部分疵病检测方法所利用的原理。比如利用的是散射光成像的低通滤波成像法；利用的是散射光的角谱分析的角谱接收法。目前国内广泛使用的疵病检测还是目视法，即在暗场照明的情况下用肉眼或放大镜观测划痕的宽度、长度或麻点（凹坑）的直径，以此来划分疵病的等级。精密抛光后的反射镜基片表面的疵病主要由划痕和麻点组成其中划痕居多。反射镜基片庇病检测常用的仪器有放大镜、具有暗场效果的显微镜等，该种方法有两个缺点：一是对操作者的技能要求高，而且检测结果受到人为因素影响大；二是检测效率低、劳动强度大。还可以使用原子力显微镜和光学轮廓仪等先进仪器进行疵病的检验，但都存在扫描范围小，疵病寻找闲难的问题，无法进行全区域快速检测，鉴于此，我们不断探索新的疵病检验方法[3]。1.2.1 成像法(1)目测法：顾名思义就是在暗背景下使用一定的放大媒介，用人眼直接观测光学元件的表面，从而来判断疵病的等级。目测法是目前使用较为广泛的一种检测疵病的方法，基本方法是用光束照射到待测元件的表面，然后进行观察，若元件表面区域存在疵病，则将看到暗背景中疵病的亮像。目测法的操作性和灵活性强，但其缺点也显而易见：检测结果容易受到人为主观因素的影响，灵敏度较低，也无法量化疵病具体的尺寸[4]。另外一种也可以通过人眼目测的方法，待测元件在可变光强的光源照射下，找出光强被人眼识别的临界点作为标准，这种利用比较阈值来判定疵病程度的方法相对科学一点，但由于背景光的加入，会对人眼的分辨能力形成干扰，导致人眼判断疵病的效率和精准度下降。(2) 激光衍射图样识别法：从几何光学中可以知道当光射向一个物体时会产生衍射现象，如果用激光束去照射含有疵病的元件表面，由于疵病的尺寸很小甚至可以小到和光波长数量级相差不多的级别，此时就会产生明显的衍射现象，因此可以用激光衍射的图样来推断出疵病的形状和尺寸，适合于检验透镜等光学零件。