[发明专利]一种软脆光学晶体加工表层微区荧光性缺陷检测光学系统

说明书

一种软脆光学晶体加工表层微区荧光性缺陷检测光学系统，涉及一种光学晶体缺陷检测光学系统。目的是解决现有晶体表层缺陷检测装置无法获得晶体表层缺陷的受激荧光的稳态光谱和内部结构的问题。检测光学系统由可变波长激光器、第一反射镜、光阑、二向色镜、显微物镜、晶体元件、载物台、白光光源、第二反射镜、滤光片、第一透镜、光纤、光谱仪、时间相关单光子计数器、计算机、第三反射镜、第二透镜和CCD相机构成。本发明即可以实现晶体元件表层缺陷，也能够实现表层缺陷激发稳态荧光光谱以及表层缺陷激发瞬态荧光光谱的检测。本发明适用于晶体表层缺陷检测。

技术领域

本发明属于工程光学领域，具体涉及一种光学晶体缺陷检测光学系统。

背景技术

荧光技术是探测物质内部粒子运动结构的无损检测手段，其工作原理是样品内粒子受到激发光激发并发生跃迁-弛豫放出光能，并将带有内部结构信息的光能进行收集用以探究荧光性缺陷，常用于物理吸收与化学粒子的分布等领域。软脆光学晶体的质地软、断裂强度低，是国际上公认的难加工材料，加工后表层也易产生缺陷。例如大口径磷酸二氢钾(Potassium Dihydrogen Phosphate，KDP)晶体因其独特光学特性，广泛应用于惯性约束核聚变(Inertial Confinement Fusion，ICF)中的光电开关和激光倍频元件。类似于KDP等晶体元件在生长、加工过程中引入的杂质及缺陷，在后续的高能激光辐照下，激光与晶体材料相互作用发生电离和弛豫现象，随着后期晶体吸收激光能量导致晶体材料发生损伤。而加工表层缺陷作为晶体元件缺陷的主要部分，加工表层缺陷在高能激光辐照下易造成晶体损伤，并且激光损伤增长阈值很低。因此，在晶体表面加工、微机械修复以及表面预处理等过程中，亟需建立晶体表面缺陷诱导激光损伤阈值预测模型来对缺陷进行评价。而由于晶体材料的光致荧光强度与其激光负载能力密切相关，并且晶体材料的荧光特性是其特有属性，探测KDP晶体表面微缺陷的光致激发荧光，是可以反映晶体的表面结构和内部结构的一种无损检测方法，可以为晶体加工表面缺陷能级结构的探测打下基础。

现有的共聚焦荧光显微镜用于晶体表层缺陷的探测，但是共聚焦荧光显微镜的激发光具有给定的波长、无法绘制荧光光谱，且所探测荧光光谱波长短，导致仅能够测得缺陷的荧光信号图，并不能获得晶体表层缺陷的受激荧光的稳态光谱和内部结构等信息。

发明内容

本发明为了解决现有晶体表层缺陷检测装置仅能够测得缺陷的荧光信号图，并不能获得晶体表层缺陷的受激荧光的稳态光谱和内部结构信息等问题，提出一种软脆光学晶体加工表层微区荧光性缺陷检测光学系统。

本发明软脆光学晶体加工表层微区荧光性缺陷检测光学系统由可变波长激光器、第一反射镜、光阑、二向色镜、显微物镜、晶体元件、载物台、白光光源、第二反射镜、滤光片、第一透镜、光纤、光谱仪、时间相关单光子计数器、计算机、第三反射镜、第二透镜和CCD相机构成；

所述晶体元件、显微物镜、二向色镜、第二反射镜、滤光片、第一透镜、光纤依次设置在白光光源的出射光光路上，晶体元件靠近白光光源设置；二向色镜倾斜安装使得入射光的入射角为45°；第二反射镜倾斜安装使得入射光的入射角为45°；光纤的入射端设置在第一透镜的出射面焦点处，光纤的出射端分别连接光谱仪和时间相关单光子计数器，光谱仪和时间相关单光子计数器的据输出端口分别与计算机的数据输入端口连接；第一反射镜设置在可变波长激光器的出射光光路上，第一反射镜倾斜安装使得入射光的入射角为45°，第一反射镜的反射光光路上设置有光阑，光阑的出射光经二向色镜反射进入显微物镜，显微物镜的出射光聚焦在晶体元件上；第二反射镜的反射光光路上设置有第三反射镜，第三反射镜的反射光光路上设置有第二透镜和CCD相机，第二透镜靠近第三反射镜，CCD相机的接收端设置在第二透镜出射焦面处，CCD相机数据输出端口与计算机的数据输入端口连接；所述晶体元件夹持在载物台上。

本发明工作原理为：

1、获得表层微区的缺陷显微图以及相应显微图像信息；