一种用于光学元件非球面微结构的同步检测方法

摘要

一种用于光学元件非球面微结构的同步检测方法，包括从一激光器出射一束激光并且经过一第一光阑后分成两束，其中一束入射到聚焦镜上后入射到积分球内的待测物体的表面上，所述积分球上安装有光电接收设备接收其散射光，并且在该入射到待测物体的光束的反射方向设置反射光接收器，其中反射的一束光经光吸收装置吸收并且进行光电转换后进入计算机作为参考光束，利用上述设备测得待测物体的散射辐射Rd，以及反射辐射Rs，然后计算得出基于尖锐压头印压的亚表面裂纹深度SSD和基于微小球形压头印压的裂纹深度SSD’。该方法不但所要求的设备结构简单、检测速度快，检测准确，可以达到纳米量级的表面微结构的检测，成本较低、对表面无损害、测量精度较高。

主权项

1.一种用于光学元件非球面微结构的同步检测方法，包括从一激光器出射一束激光并且经过一第一光阑（2），以及将经过第一光阑（2）后的光束分成两束，其中一束入射到聚焦镜（5）上后通过一第二光阑（2’）后入射到积分球（13）内的待测物体（14）的表面上，所述积分球（13）上安装有光电接收设备接收其散射光，并且在该入射到待测物体（14）的光束的反射方向设置反射光接收器（8），并且该反射光接收器（8）将接收转换后的信号传入计算机（7），其中反射的一束光经光吸收装置吸收并且进行光电转换后进入计算机（7）作为参考光束，其特征在于：利用上述设备测得待测物体的散射辐射Rd，以及反射辐射Rs，通过公式（1）$\mathrm{TIS}=\frac{R_d}{R_t}=\frac{R_d}{R_d+R_s}\approx {(4\mathrm{\pi \sigma }{\cos \theta }_0/\lambda )}^2---\left(1\right)$计算得出表面粗糙度SR=s²，根据公式（5）以及公式（8）分别计算出，基于尖锐压头印压的亚表面裂纹深度SSD和基于微小球形压头印压的裂纹深度SSD’$\mathrm{SSD}=3.08{\left(\kappa {\alpha }_K\right)}^{2/3}\frac{1}{\sin {\Psi }^{2/3}}\frac{H^{2m}}{E^{2m-2/3}{K}_C^{2/3}}{\mathrm{SR}}^{4/3}---\left(5\right)$${\mathrm{SSD}}^{\prime }=1.39{\left(\mathrm{\kappa \beta }\right)}^{2/3}\frac{E^{1/3-4m/3}{H}^{1/3+4m/3}}{K_c^{2/3}}{\mathrm{SR}}^{4/3}---\left(8\right)$上述公式中，θ₀为光入射到待测物体表面的入射角，λ为入射光波长，σ为样品的均方根粗糙度，TIS为总积分散射，β为与材料特性和压头形状无关的无量纲常数,β的取值为0.096，P为压痕压制载荷，ψ为压头锐度角，E为材料弹性模量，H为材料硬度，Kc为材料断裂韧性，m为一元量纲常数，m的取值为1/3，κ为压痕应力场弹性组元对中位裂纹深度的修正系数，取值介于1/3与1/2之间，