亚表面损伤测量技术中全内反射粗定位系统的研究

摘要

光学元件的亚表面损伤严重影响着光学系统的抗激光损伤阈值和大型光学系统的成像及镀膜质量、系统的长期稳定性，很大程度上制约了能源、军事、航天等高新技术科研领域的发展。因此，对光学元件亚表面损伤的控制成为相关领域一项至关重要的技术。传统光学对亚表面损伤问题的关注极少，随着入射光源能量的不断提升，尤其在高功率激光领域，亚表面裂纹的控制才能越来越受人们的关注。
　　本文研究了基于光的全内反射原理获得光学元件亚表面损伤信息的一种测量方法。首先分析了照明光源的偏振状态对亚表面损伤点的偶极子散射特性，研究了全内反射角的变化对偶极子散射的影响，讨论了亚表面裂纹情况下，裂纹和S偏振光之间夹角与相对散射功率之间的关系，通过Matlab软件的仿真模拟出了参量之间的关系。其次通过原理的分析和公式推导得到全内反射粗定位系统关键部件的设计:一是对照明系统光路的设计;二是对显微成像系统中渥拉斯顿棱镜、诺马斯基棱镜的设计，确定了渥拉斯顿棱镜的楔角、厚度等参数关系，模拟仿真了诺马斯基棱镜光轴倾角、楔角、厚度、相干平面出离量等参数之间的关系。最后装调实验装置并观察样品的表面及亚表面状况。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题来源及意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 课题的研究背景及意义

1．2 国内外发展现状及趋势

1．2．1 亚表面损伤产生机理

1．2．2 测量亚表面损伤的方法比较

1．3 本文主要的研究内容

2 基于全内反射照明的亚表面损伤测量原理

2．1 基于全内反射的测量原理

2．2 全内反射照明的分析

2．2．1 入射光的偏振态对光强的影响

2．2．2 入射角度对光强的影响

2．2．3 细裂纹模型理论推导

2．3 本章小结

3 全内反射粗定位系统中照明系统的设计

3．1 球面镜的设计

3．1．1 理论推导及球面镜照明系统的模拟分析

3．1．2 球面镜照明系统的模拟仿真

3．1．3 球面镜照明系统变量分析

3．2 直角棱镜的设计

3．3 本章小结

4 诺马斯基显微系统的设计

4．1 诺马斯基显徼系统的分析

4．1．1 偏振光干涉原理

4．1．2 诺马斯基显微系统光路分析

4．1．3 诺马斯基显微系统的光学原理

4．2 渥拉斯顿棱镜的分析

4．2．1 渥拉斯顿棱镜基本原理

4．2．2 渥拉斯顿棱镜的设计

4．3 诺马斯基棱镜的分析

4．3．1 诺马斯基棱镜中传播光路的分析

4．3．2 光轴与相干平面关系的分析

4．3．3 诺马斯基各参量关系的分析

4．3．4 诺马斯基棱镜参数设定

4．4 本章小结

5 实验装调与观察

5．1 实验系统的构建

5．2 样品的制备

5．3 三维扫描系统

5．4 实验现象

5．5 本章小结

6总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和专利情况

攻读硕士学位期间参加的科学研究情况

攻读硕士学位期间参加的会议情况