阅读说明：本技术 大口径熔石英玻璃低损伤阈值缺陷的测量装置和测量方法 (Measuring device and measuring method for low-damage threshold defect of large-caliber fused quartz glass ) 是由 李灵巧 刘世杰 邵建达 王圣浩 于 2019-10-10 设计创作，主要内容包括：一种大口径熔石英元件低阈值缺陷的测量装置和测量方法,系统通过探测缺陷的荧光光谱,来识别大口径熔石英元件上的低阈值缺陷。与现有普遍采用的光热弱吸收测量方法相比,本发明可以把低阈值缺陷的测量速度提高上万倍。(measurement devices and methods for the low threshold defect of the large-caliber fused quartz element, the system identifies the low threshold defect on the large-caliber fused quartz element by detecting the fluorescence spectrum of the defect.)

大口径熔石英玻璃低损伤阈值缺陷的测量装置和测量方法

技术领域

本发明涉及光学元件缺陷的测量领域，特别是一种大口径熔石英玻璃低损伤阈值缺陷的测量装置和测量方法。

背景技术

大口径熔石英光学玻璃是强激光装置中光学元器件的重要基石，其表面和亚表面加工质量直接影响并决定强激光系统的综合性能指标(如峰值功率、光束质量等)。目前主流的熔石英加工工艺往往会在熔石英玻璃的表面和亚表面上产生各种类型的缺陷，其中低损伤阈值缺陷会对强激光装置中的光学元器件造成致命的破坏，从而严重制约强激光系统各项性能的提升，因此大口径熔石英加工表面低阈值缺陷的准确测量具有非常重要的意义。

现有检测小口径熔石英玻璃加工表面低阈值缺陷的常用方法是光热弱吸收测量法，但是由于该方法单次测量的区域面积太小(≈10×10μm)，对于大口径熔石英玻璃(如400×400mm)，如果通过二维逐点扫描的测量方式，光热弱吸收测量法需要大约50000多个小时才能完成大口径熔石英玻璃全口径内低阈值缺陷的测量，这显然是不切合实际的。有鉴于此，目前生产的大口径熔石英元件往往没有缺陷检测这一工艺流程，因而在强激光装置中，存在着很多安全隐患。

发明内容

为了解决现有方法测量低阈值缺陷速度非常慢的缺点，本发明提供一种大口径熔石英元件低阈值缺陷的测量装置和测量方法，该装置可以把现有低阈值缺陷的测量速度提高上万倍。

本发明的技术解决方案如下：

一种大口径熔石英玻璃低阈值缺陷的测量装置，其特点在于包括二维机械扫描机构、激光光源、滤光片、光谱仪、步进电机控制器、数据采集器、激光器控制器和计算机，所述的二维机械扫描机构用于放置待测的大口径熔石英玻璃，所述的激光光源发出的激光照射在所述的待测的大口径熔石英玻璃的表面上，在所述的待测大口径熔石英玻璃表面缺陷发出的荧光方向，依次是所述的滤光片和光谱仪，该光谱仪的输出端与所述的计算机的输入端相连，所述的计算机的输出端分别经所述的步进电机控制器与所述的二维机械扫描机构的控制端相连，经所述的激光器控制器与所述的激光光源的控制端相连。

激光器用于为测量系统提供激发光源，光谱仪用于检测低阈值缺陷的荧光光谱(通过前期的实验研究，我们发现熔石英玻璃的表面上，几乎所有的低阈值缺陷都有特定波长位置处的荧光峰，因此通过测量荧光光谱，可以反过来判断熔石英样品表面是否存在低阈值缺陷)，滤光片用于过滤掉其他波长的环境杂散光，二维扫描机构用于在两个维度上扫描待测的大口径熔石英玻璃，步进电机控制器用于控制二维扫描机构的机械运动，激光器控制器用于操控激光器，数据采集器用于采集探测器输出的电信号，计算机用于实现硬件控制、数据采集、数据存储等自动化测控功能。

利用上述大口径熔石英玻璃低阈值缺陷的测量装置，对大口径熔石英玻璃低阈值缺陷的测量方法，主要的测量步骤如下：

1)将待测的大口径熔石英玻璃放置于所述的二维机械扫描机构上，所述的激光光源输出的激光照射在所述待测大口径熔石英玻璃的表面上，调整所述的光谱仪和滤光片对准所述待测大口径熔石英玻璃表面缺陷发出的荧光；

2)启动所述的计算机，在所述的计算机的控制下，所述的步进电机控制器控制所述的二维机械扫描机构，将所述的待测大口径熔石英玻璃移动到起始位置，所述的激光光源输出的激光照射在所述待测大口径熔石英玻璃表面的起始位置，并令该位置为n＝1，所述待测大口径熔石英玻璃激光扫描照射的位置共N个；

3)在所述的计算机的控制下，所述的激光光源3输出的激光照射在所述待测大口径熔石英玻璃表面的位置n，所述的光谱仪测量所述待测大口径熔石英玻璃表面位置n发出的荧光光谱，并输入所述的计算机；

4)所述的计算机判断该位置n是否存在低阈值缺陷对应的荧光光谱，若存在荧光光谱，即表示该位置存在低阈值缺陷，计算机记录该位置n的坐标；

5)所述的计算机通过所述的步进电机控制器控制所述的二维机械扫描机构1，将所述待测大口径熔石英玻璃移动到位置n+1，并令n＝n+1，当n≤N时，返回步骤3)；当n>N时，进入下一步；

6)所述的计算机输出所有低阈值缺陷的坐标，即在全口径范围内实现大口径熔石英玻璃低阈值缺陷的测量和坐标定位，测量结束。

本发明的优点如下：

与现有光热弱吸收测量方法(单次测量区域的大小约为10×10μm)相比，本发明的单次测量区域可达到5×5mm，因而测量速度可以提高上万倍。

附图说明

图1是大口径熔石英玻璃低阈值缺陷的测量装置结构示意图。

图2是激光二维扫描轨迹示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1：

先请参阅图1，图1是本发明大口径熔石英玻璃低阈值缺陷的测量装置结构示意图。由图可见，本发明大口径熔石英玻璃低阈值缺陷的测量装置，其特点在于包括二维机械扫描机构1、激光光源3、滤光片4、光谱仪5、步进电机控制器6、数据采集器7、激光器控制器8和计算机9，所述的二维机械扫描机构1用于放置待测的大口径熔石英玻璃2，所述的激光光源3发出的激光照射在所述的待测的大口径熔石英玻璃2的表面上，在所述的待测的大口径熔石英玻璃2表面缺陷发出的荧光方向，依次是所述的滤光片4和光谱仪5，该光谱仪5的输出端与所述的计算机9的输入端相连，所述的计算机9的输出端分别经所述的步进电机控制器6与所述的二维机械扫描机构1的控制端相连，经所述的激光器控制器8与所述的激光光源3的控制端相连。

所述的激光光源3发出的激光照射在所述的待测的大口径熔石英玻璃2的表面上，所述待测的大口径熔石英玻璃2表面上的缺陷发出的荧光经过滤光片4的作用后被光谱仪5所收集。

所述的激光器控制器8用于控制所述的激光光源3。

所述的数据采集器7用于采集所述光谱仪5输出的信号。

所述的步进电机控制器6控制所述的二维机械扫描机构1。

本测量装置的工作过程如下：

1)将待测的大口径熔石英玻璃2放置于所述的二维机械扫描机构1上，所述的激光光源3输出的激光照射在所述待测大口径熔石英玻璃2的表面上，调整所述的光谱仪5和滤光片4对准所述待测大口径熔石英玻璃2表面缺陷发出的荧光；

2)启动所述的计算机9，在所述的计算机9的控制下，所述的步进电机控制器6控制所述的二维机械扫描机构1，将所述的待测大口径熔石英玻璃2移动到起始位置，所述的激光光源3输出的激光照射在所述待测大口径熔石英玻璃2表面的起始位置，并令该位置为n＝1，所述待测大口径熔石英玻璃2激光扫描照射的位置共N个；

3)在所述的计算机9的控制下，所述的激光光源3输出的激光照射在所述待测大口径熔石英玻璃2表面的位置n，所述的光谱仪5测量所述待测大口径熔石英玻璃2表面位置n发出的荧光光谱，并输入所述的计算机9；

4)所述的计算机9判断该位置n是否存在低阈值缺陷对应的荧光光谱，若存在荧光光谱，即表示该位置存在低阈值缺陷，计算机9记录该位置n的坐标；

5)所述的计算机9通过所述的步进电机控制器6控制所述的二维机械扫描机构1，将所述待测大口径熔石英玻璃2移动到位置n+1，并令n＝n+1，当n≤N时，返回步骤3)；当n>N时，进入下一步；

6)所述的计算机9输出所有低阈值缺陷的坐标，即在全口径范围内实现大口径熔石英玻璃低阈值缺陷的测量和坐标定位，测量结束。

实验表明，本发明可以把低阈值缺陷的测量速度提高上万倍。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。