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【6h】

光学表面亚表层损伤表征技术研究

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文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 破坏性检测方法

1.2.2 非破坏性检测方法

1.3 本课题研究的主要内容

2 亚表层损伤模型及产生机理

2.1 光学材料性能

2.2 光学加工工艺

2.3 亚表层损伤表现形式及检测方法

2.3.1 损伤表现形式

2.3.2 检测方法

2.4 本章小结

3 光学表面亚表层损伤检测系统介绍

3.1 激光扫描共聚焦显微系统成像特性分析

3.1.1 共聚焦显微系统的分辨能力

3.1.2 光束质量对激光共聚焦显微系统的影响

3.2 激光扫描共聚焦显微系统搭建和测试

3.2.1 一维扫描平台介绍

3.2.2 二维扫描平台

3.3 光学表面亚表层损伤二维测量及结果分析

3.3.1 表面粗糙度测量及分析

3.3.2 亚表层损伤深度测量及分析

3.4 本章小结

4 三维扫描实验构建及亚表层损伤测量

4.1 平面扫描系统

4.1.1 目标扫描方式

4.1.2 扫描振镜方式

4.1.3 Nipkow盘扫描方式

4.2 轴向扫描系统

4.2.1 利用不同波长扫描方式

4.2.2 压电陶瓷扫描方式

4.3 新型扫描系统

4.4 控制软件

4.5 三维扫描系统对光学表面亚表层损伤检测

4.5.1 断层信息的获得

4.5.2 图像处理

4.5.3 图像显示及分析

4.6 本章小结

5 实验验证

5.1 HF腐蚀石英玻璃的化学基础和原理

5.2 刻蚀时间与刻蚀速率、表面粗糙度的关系

5.2.1 刻蚀时间与刻蚀速率的关系

5.2.2 粗糙度和刻蚀时间的关系

5.3 刻蚀深度的测量

5.4 本章小结

6 结论

6.1 研究内容总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表论文

致谢

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摘要

光学元件亚表层损伤严重影响了高功率激光器和大型光学系统抗激光损伤阈值、成像质量、镀膜质量及系统的长期稳定性。亚表层损伤现有的检测方法大多数存在破坏试件、检测时间长和精度低等现象。因此准确测量亚表层损伤深度对优化加工工艺及获得高品质表面质量的光学元件是非常重要的。本文将激光扫描共聚焦显微技术引入到光学表面亚表层损伤检测中,主要研究内容有:
   1)在构建的激光扫描共聚焦显微镜一维扫描平台上,进行了探测针孔的选择实验和亚表层损伤信号提取实验;实验研究了激光扫描共聚焦显微镜二维扫描装置的稳定性;利用该装置对采用不同加工工艺的光学试件进行亚表层损伤测量,实验测量得到的亚表层损伤趋势和理论分析结果一致;
   2)针对亚表面损伤层的特点,构建了用于亚表层损伤测量的激光扫描共聚焦显微镜三维扫描装置;在二维扫描软件的基础上,编写了三维扫描控制软件;利用三维装置对抛光过的光学表面进行亚表层损伤测量,通过信号分析与图像处理方法,最后给出了亚表层损伤微观图;
   3)为了验证激光扫描共聚焦显微系统对光学表面亚表层损伤检测信息的正确性,采用了亚表层损伤检测技术中最基本、最有效的化学腐蚀法对抛光过的光学表面进行HF腐蚀实验。两种实验测量得到的结果相比较,亚表层损伤信息变化趋势一致,且损伤深度基本一致。
   通过理论分析和实验研究,可以看到激光扫描共聚焦显微系统可以用于光学表面亚表层损伤的非破坏性定量测量。

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