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基于全内反射法测量亚表面损伤深度位置的研究

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摘要

1 绪论

1.1 课题的来源

1.2 课题的研究意义

1.3 亚表面损伤产生机理

1.4 亚表面损伤测量技术的发展过程及现状

1.4.1 测量亚表面损伤的破坏性检测技术

1.4.2 测量亚表面损伤的非破坏性检测技术

1.5 本论文的主要研究内容

2 亚表面损伤深度的测量原理

2.1 全内反射法测量亚表面损伤的基本原理和结构

2.2 全内反射照明光波状态与损伤点可见度的关系

2.2.1 驻波理论的分析

2.2.2 入射光波偏振态对损伤点可见度的影响

2.2.3 入射角度对损伤点可见度的影响

2.3 微分干涉增强损伤裂纹的凹凸感

2.3.1 线偏振光微分原理

2.3.2 线偏振光干涉原理

2.3.3 微分干涉光学系统原理

2.4 本章小结

3 全内反射法测量亚表面损伤系统的设计

3.1 全内反射法测量亚表面损伤的整体系统装置设计

3.2 全内反射照明装置的原位照明设计

3.3 360°光纤照明系统的设计

3.4 微分干涉棱镜的设计

3.4.1 分束角的设计计算

3.4.2 相干平面的位置及与系统光轴的关系

3.4.3 光程差的计算

3.4.4 设计参数相互关系分析

3.5 本章小结

4 实验的装调和观察

4.1 实验系统的装调

4.2 Nomarski棱镜设计图

4.3 实验现象及分析

4.3.1 偏振态对可见度的影响

4.3.2 入射角度对可见度的影响

4.3.3 照明方向对可见度的影响

4.3.4 Nomarski棱镜的作用

4.4 本章小结

5 全文总结与展望

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

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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,随着激光能量的不断提升,只有在高功率激光领域,对亚表面损伤的控制才越来越受人们的关注。
  本文研究了基于全内反射法原理测量光学元件亚表面损伤深度位置信息的一种测量方法。根据全内反射法测量亚表面损伤缺陷的基本原理,入射光波和反射光波会在样品内部叠加形成驻波,入射光的偏振状态及入射角度会影响样品内部不同深度处驻波照明强度的分布,通过分析亚表面损伤点的可见度与入射角度之间的关系,并计算入射角度改变的差值来估计亚表面损伤的深度。为了凸显亚表面损伤缺陷的形貌,在全内反射系统的设计中加入了微分干涉系统,并模拟仿真了核心部件诺马斯基棱镜的光轴倾角、楔角、厚度与棱镜出射光的分束角、光程差、相干平面位置及倾角等参数之间的关系,完成了匹配全内反射系统的诺马斯基棱镜的设计和加工。搭建全内反射法测量亚表面损伤的实验装置,利用CCD对样品亚表面损伤进行成像。通过实验分析在入射光不同状态照明下的损伤图像,对比理论分析的结果,验证用全内反射法测量亚表面损伤深度位置的可行性,以及诺马斯基棱镜对亚表面损伤图像显示的增强作用。

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