發(fā)布時(shí)間：2020-08-06 12:42

【摘要】：現(xiàn)代大型光學(xué)工程的快速發(fā)展對光學(xué)元件的加工質(zhì)量提出了嚴(yán)苛的要求。特別是用于激光聚變的大口徑光學(xué)元件,要求具備大口徑、高面形精度、超光滑、低缺陷的要求。高功率激光裝置中的光學(xué)元件如含有體缺陷,會對入射激光進(jìn)行調(diào)制,降低光束輸出質(zhì)量和光學(xué)元件負(fù)載能力,甚至導(dǎo)致元件自身或下游元件出現(xiàn)損傷。為了保證高功率激光驅(qū)動器的平穩(wěn)運(yùn)行,迫切需要開展針對大口徑光學(xué)元件體缺陷的檢測技術(shù)研究,并建立滿足工程需求的批量化檢測能力。本文針對大口徑光學(xué)元件振幅型體缺陷的檢測,整合現(xiàn)有檢測方法的優(yōu)勢,采取了分步檢測的技術(shù)路線,提出了定性識別與定量檢測迭代結(jié)合的復(fù)合模式檢測方案。第一步,基于暗場散射成像技術(shù)對振幅型體缺陷進(jìn)行識別并定位。采用片狀激光在暗場環(huán)境下從光學(xué)元件側(cè)面照明,通過成像模塊沿通光面快速掃描識別缺陷,并初步記錄缺陷信息;為提高識別準(zhǔn)確性,設(shè)計(jì)了排除缺陷鏡像的方法;第二步,基于明場顯微成像技術(shù)沿通光面對已知缺陷進(jìn)行輪廓提取。采用LED白光源從光學(xué)元件后表面照明,對缺陷進(jìn)行顯微成像;采用了基于圖像清晰度評價(jià)的自動對焦算法,保證成像系統(tǒng)獲取準(zhǔn)確對焦的缺陷圖像;設(shè)計(jì)了缺陷的輪廓提取算法,實(shí)現(xiàn)對缺陷特征的定量表征。為驗(yàn)證本文檢測方案的有效性,設(shè)計(jì)并研制了針對大口徑光學(xué)元件振幅型體缺陷檢測系統(tǒng)。根據(jù)檢測需求,將檢測系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了分解設(shè)計(jì),對光源照明模塊、圖像采集與控制模塊、高精度位移平臺等部件進(jìn)行了功能設(shè)計(jì)。為提高檢測效率,對成像模塊掃描路徑及照明口徑進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。基于檢測系統(tǒng),開展了缺陷識別能力、缺陷定位精度、缺陷提取精度、效率提升的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),檢測系統(tǒng)識別缺陷的能力優(yōu)于人眼,定位偏差不大于1.3mm;缺陷提取結(jié)果與顯微鏡偏差不超過7.2%;采用本文效率提升方案掃描口徑為400mm×400mm×50mmm的元件,檢測效率提升最大51倍。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文檢測方法可用于對大口徑光學(xué)元件振幅型體缺陷的識別與提取,研制的檢測系統(tǒng)適用于大口徑光學(xué)元件振幅型體缺陷的工程化檢測。
【學(xué)位授予單位】：中國工程物理研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP391.41;TN24;TN60
【圖文】：

為爭取早日實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造潔凈能源的夢想，世界部分國家也在積極開展ＩＣＦ激光驅(qū)的建設(shè)工作，同時(shí)開展了針對驅(qū)動器大口徑光學(xué)元件的加工與檢測技術(shù)研宄。表１．世界主要國家用于ＩＣＦ研究的激光裝置建設(shè)進(jìn)展。逡逑邐邐邋表１．邋２世界用于ＩＣＦ的高功率激光裝置邐國家邐實(shí)驗(yàn)室邐裝置邋能量（ｋｊ）邐脈寬（ｎｓ）邐束數(shù)邐建成時(shí)美國邐ＬＬＮＬ邐ＮＩＦ邐１８００邐（３邐ｗ）邐３￣５邐１９２邐２００８逡逑法國邐ＣＥＡＪ）ＡＭ邐ＬＭＪ邐２４００邐（３邐ｗ）邐３￣５邐２４０邐２０１０逡逑俄羅斯邐ＶＮＩＩＥＦ邐Ｉｓｋｒａ－６邐３００邋（３邋0ｊ）邐１￣３邐１２８邐？逡逑日本邐ＩＬＥ邐Ｇｅｋｋｏ邋ＸＩＩ邋２０（３ｗ）邐０．邋１￣１邐１２邐１９８３逡逑中國邐ＣＡＥＰ邐神光－ＩＩＩ邐６０邋（３邐邋３邐６４邐２０１０逡逑為實(shí)現(xiàn)ＩＣＦ點(diǎn)火成功，要求大口徑光束會聚成尺寸足夠小、能量均勻的光斑進(jìn)場＾。因此，用于慣性約束聚變的高功率激光裝置對光學(xué)元件的質(zhì)量要求達(dá)到了制造的極端水平，應(yīng)同時(shí)滿足大口徑、超光滑、高面形精度、低缺陷等質(zhì)量要

千涉法側(cè)缺陷輪廓圈

夾雜物等邐ｆ邋Ｉ邐．邋ｘ，逡逑圖１．邋３超聲波探測材料缺陷示意圖逡逑如圖１．４所示，光學(xué)相干層析通過分析元件不同深度區(qū)域反射光與參考光的千涉逡逑信號，獲得樣品某深度層的形貌信息；該方法橫向分辨率不高，通過改變光源的相逡逑干長度，可提高縱向分辨力，但可探測縱向深度只有數(shù)毫米［１５－１８］。斷層掃描過程會逡逑耗費(fèi)較長檢測時(shí)間，測量效率較低，僅可檢測小口徑樣品的檢測，不適用于大尺寸逡逑元件測量。逡逑ＪＬｉｎ＾ｒ逡逑——－＾ｗｊ逡逑Ｍｅａｓｕｒｅ邋ｃｉｒｃｕｉｔ邐ｊｊ邋—邋邋）Ｊｆ逡逑邐］；邐邐邐邋ｒ邋＾逡逑’一￣＾邐＾Ｌａｔｅｒａｌ逡逑Ａ／ＤＣｓｔｉ邐＿邋Ｃｗｎｐｏｌｃｒ邐ｔｒａｎｓｈｔｉｎｉ逡逑圖１．４相干層析檢測表面缺陷示意圖逡逑Ｃｈｏｉ邋Ｗ邐等在２０１３年利用光熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了對光學(xué)薄膜中的吸收性缺陷的探測，逡逑獲取了缺陷分布；如圖１．５所示，該方法采用一束泵浦光（波長為８０８ｎｍ）輻射樣品表逡逑５逡逑

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本文編號：2782415