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光学表面亚表层损伤检测技术研究

作　者: 王春慧
导　师: 田爱玲
学　校: 西安工业大学
专　业: 光学工程
关键词: 亚表层损伤 亚表面散射机理 共聚焦显微 扫描
分类号: TH74
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 122次
引　用: 2次
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内容摘要


光学表面的亚表层损伤严重影响着光学系统的抗激光损伤阈值、大型光学系统的成像及镀膜质量、系统的长期稳定性等重要性能,已经成为制约能源、军事、高新技术科研及生产领域进一步发展的瓶颈。因此研究适用于光学表面亚表层损伤的检测技术是当今光学工程领域研究的一个热点问题。激光扫描共聚焦显微技术在生物、医学、材料等行业中得到了较广泛的应用。本文将激光扫描共聚焦显微法应用于光学表面亚表层损伤的测量中,主要研究内容主要包括以下三个方面：1本文首先在分析光学表面亚表层损伤的成因、分类的基础上,将经典的Mie氏散射原理应用于激光共聚焦显微系统中；分析了光学表面亚表层损伤内任一点在共聚焦照明条件下的散射机理；推导出了利用激光共聚焦显微系统进行测量时,光电探测器接收到的源于亚表层内任一点的散射光功率大小的计算公式；并模拟研究了功率值与物镜数值孔径、光源波长、测量点相对折射率等之间的关系。2系统首先选定了以光功率计作为激光共聚焦显微系统的信号接受转换、储存传输单元；其次选择15mw的405nm激光作为共聚焦光源；再次应用实验研究的手段,确定以5μm针孔作为测试系统的共焦滤波器；最后结合选购的扫描硬件,编写了扫描控制软件,实现了对亚表层损伤的二维扫描激光共聚焦显微测量。3测量过程中,选择三组不同工艺条件下制备的样品表面作为研究对象。在分析测试系统的干扰信号组成的基础上,有效地获得了样品损伤区域的散射信号；利用构建的二维扫描系统对不同样片在相同条件下进行了测量,并用等高线法给出了各样片的亚表层损伤二维分布图。通过实验结果与理论分析结果相比较,二者在量级及变化规律方面均一致,验证了激光扫描共聚焦显微方法在研究光学表面亚表层损伤中的可行性。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-14
  1.1 SSD形成及分类  7-8
  1.2 SSD及其危害  8-10
    1.2.1 激光损伤阈值  8-9
    1.2.2 其他危害  9-10
  1.3 光学表面SSD测量方法介绍  10-13
    1.3.1 预测预报法  10-11
    1.3.2 全内反射法  11-12
    1.3.3 光学相干层析法  12
    1.3.4 其他方法  12-13
  1.4 本课题研究的主要内容  13-14
2 SSD共聚焦显微测量的散射机理研究  14-25
  2.1 激光扫描共聚焦显微系统简介  14-15
  2.2 经典光散射现象介绍及模拟  15-20
    2.2.1 光散射现象分类  16
    2.2.2 SSD中气泡的散射现象观察  16-17
    2.2.3 光的散射强度计算  17-19
    2.2.4 Mie散射现象模拟  19-20
  2.3 基于共聚焦的SSD散射机理研究  20-23
    2.3.1 散射条件假设  20-21
    2.3.2 SSD散射具体模型  21-22
    2.3.3 SSD散射模型分析  22-23
  2.4 本章内容小结  23-25
3 基于激光共聚焦显微的光学表面SSD测量系统构建  25-44
  3.1 初步实验系统构建  26-31
    3.1.1 光源选择  26-27
    3.1.2 光源质量  27-28
    3.1.3 其他主要模块及器件的选择  28-30
    3.1.4 实验过程中相关实验结论介绍  30-31
  3.2 一维扫描激光共聚焦显微系统  31-39
    3.2.1 大功率短波半导体激光光源  32
    3.2.2 显微物镜  32-33
    3.2.3 一维定量扫描平台  33-34
    3.2.4 共聚焦针孔大小选择及调节  34-37
    3.2.5 样品信号尝试性提取  37-39
  3.3 二维扫描激光共聚焦显微测量系统构建  39-43
    3.3.1 扫描方式选择  39-41
    3.3.2 系统的主要组成介绍  41-42
    3.3.3 控制软件  42-43
  3.4 本章小结  43-44
4 光学表面SSD测量分析  44-54
  4.1 测试样片制备  44-45
  4.2 SSD散射信号提取  45-50
    4.2.1 干扰信号分析  45-47
    4.2.2 SSD散射信号提取  47-50
  4.3 光学表面SSD的二维定量测量  50-53
    4.3.1 测量过程  50-51
    4.3.2 二维测量结果的图示化  51-53
  4.4 本章小结  53-54
5 全文总结及工作展望  54-57
  5.1 全文工作总结  54
  5.2 今后工作展望  54-57
参考文献  57-61
攻读硕士学位论文期间发表的论文  61-62
致谢  62-64

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