基于光散射的光学元件表面粗糙度检测方法研究

摘要

现代光学技术不断发展，光学元件在军事、航空等领域发挥着至关重要的作用。精确检测光学元件表面质量，对优化光学元件抛光工艺、优化镀膜工艺以及降低薄膜器件的损耗具有重要的意义。针对目前光学元件表面检测方法存在的接触、有损伤、低效率等缺点，本文提出了一种基于微扰理论的微分散射非接触式检测方法。通过分析不同检测方法的适用条件及优缺点，确定了使用非接触、高精度的微分散射法检测超光滑K9玻璃表面粗糙度。通过对粗糙面光散射近似解析方法的深入研究，将微扰理论应用到光学元件表面粗糙度的检测中，得到了光学元件表面微分散射功率(ARS)，并建立了表面粗糙度数学模型，通过仿真实验验证了该理论的可行性和准确性。最后，搭建了光学元件微分散射检测系统，对超光滑K9玻璃表面粗糙度进行了检测。通过将微分散射法的检测结果与经典接触式原子力显微镜法检测结果进行对比，检测结果基本一致，这进一步说明了基于微扰理论的微分散射检测方法的有效性。
　　本文提出的微分散射法具有非接触、无损伤、高效、便捷等优点，对于改善光电检测性能具有指导意义和参考价值。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究概况

1.3本文主要研究内容

第二章 光学元件表面粗糙度检测方法

2.1接触式检测方法

2.1.1比较法

2.1.2触针式轮廓仪

2.1.3扫描探针显微技术

2.2非接触式检测方法

2.2.1光学触针法

2.2.2光学干涉法

2.2.3散斑法

2.2.4光散射法

2.3本章小结

第三章 粗糙面光散射近似解析方法及数值计算

3.1粗糙面光散射近似解析方法

3.1.1基尔霍夫近似

3.1.3小斜率近似

3.1.4微扰法

3.1.5四种方法使用条件比较

3.2光学元件表面形貌特征描述

3.2.1高度分布函数和均方根粗糙度

3.2.2自协方差函数和功率谱密度函数

3.3基于电偶极子散射模型的微扰理论

3.3.1光的电磁波性质

3.3.2电偶极子在远场散射的电磁场

3.3.3光学元件表面散射的ARS

3.3.4光学元件体散射的ARS

3.4本章小结

第四章 算法实现及实验仿真

4.1算法实现

4.1.1单独检测光学元件表面散射的方法

4.1.2表面粗糙度数学模型

4.2仿真分析

4.2.2偏振方向间夹角Ф

4.2.3检偏器选偏角度

4.3光学元件表面粗糙度检测

4.3.1微分散射检测系统

4.3.2实验结果

4.4本章小结

第五章 总 结

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果