高反镜表面散射多参数分布表征测量装置及测量方法与流程

本发明属于光学仪器检测技术领域，具体涉及一种高反镜表面散射多参数分布表征测量装置及测量方法。

背景技术：

当激光陀螺的输入转速低于某一阈值时，陀螺中的顺、逆时针方向的光束会产生同步现象，即闭锁效应，低于这一阈值的工作区域称为锁区。通常把主光线以外其它方向上光的传播称为光散射，背向散射是指逆主光线方向的散射光，对其直接测量是很困难的。激光陀螺的环形谐振腔中的高反镜的疵病会导致陀螺光路中的背向和前向光散射现象。由于谐振腔的散射、透射、衍射光的存在，特别是背向散射光和前向散射光更易耦合到顺逆两束传播的工作光束中增大激光陀螺的锁区，从而降低激光陀螺的测量灵敏度。

目前对于精密光学元件表面疵病，特别是对于光学成像透镜的疵病检测有较成熟的检测方法和仪器，但是对于激光陀螺高反射镜，由于其工作时有顺逆两束光的作用，背向散射光是引起锁区的主要原因，与入射光轴线重合或靠近入射光轴线的散射光对陀螺锁区大小的影响更明显，由于激光陀螺高反射镜的反射率高达99.99%以上，其疵病尺寸为微米量级，疵病造成的散射是十分微弱的，其中的背向散射光和前向散射光就更加微弱，目前还没有一种方法能同时检测激光陀螺高反射镜的疵病和疵病区域造成的背向散射率和前向散射率，也没有能同时对激光陀螺疵病、背向散射率和前向散射率进行表征的设备。

技术实现要素：

本发明要提供一种高反镜表面散射多参数分布表征测量装置及测量方法，以克服现有技术不能同时检测激光陀螺高反射镜的疵病和疵病区域造成的背向散射率和前向散射率的问题。

为了达到本发明的目的，本发明提供的技术方案是：

一种高反镜表面散射多参数分布表征测量装置，由半导体激光器、ccd成像系统、两个积分散射率测量组件和陷光器构成，所述ccd成像系统包括ccd相机和显微镜头，所述激光光束入射光路上依次设置有光束切换转筒和背向积分散射率测量组件，反射光路上设置有前向积分散射率测量组件。

高反镜表面散射多参数分布表征测量装置进行检测的方法，包括以下步骤：

a)检测时，首先关闭两个积分散射率测量组件，将待检激光陀螺高反镜的被测表面朝上置于样品台上，半导体激光器发出稳功率光束，调节激光器，使其出射光斑照射在待检激光陀螺高反镜被测表面上；

b)若待测激光陀螺高反镜的被测表面存在疵病，激光入射到疵病时，散射光通过显微镜头（4）进入ccd相机（3）中，ccd相机所成像的疵病图像在计算机上呈现暗场环境下的亮像；

c)通过计算机控制样品台移动激光陀螺高反镜的位置，以设定路径移动样品，完成各子孔径区域的采样，通过计算机对ccd相机采集到的疵病图像进行处理，完成每个方向的子孔径拼接，获得疵病的二维信息；同时对选定的疵病区域定位。

d)切换半导体激光器的驱动电信号，使半导体激光器发出调制光束，开启两个积分散射率测量组件，检测选定区域，分别采集选定区域的背向散射光和前向散射光的光强。

进一步的，所述步骤a）中，根据检测疵病的大小来调整半导体激光器前的光束整形组件，通过改变激光光束光斑直径来针对不同大小的疵病的检测，以获取最优结果。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明装置光束适应性强，可按激光陀螺工作的角度入射到样品上，如正方形激光陀螺可按45°入射，三角形激光陀螺可按30°角入射，这样更符合实际使用条件下的对疵病参数的测量要求。

2)本装置中半导体激光器利用激光调制技术，使半导体激光器可获得调制光束和稳功率光束，稳功率光束用于ccd工作时对疵病的检测，调制光束用于积分散射率测量组件工作时对疵病背向散射率和前向散射率的检测。

3)本装置中半导体激光器前设置光束整形组件，可调整出射激光光束的光斑直径，可对选定区域的疵病实现更精确的测量。

4)本发明的成像系统属于暗场亮像，利用陷光器对反射光进行吸收可以避免反射光在测量区域内造成的影响。并可同时检测表面疵病和激光陀螺高反镜的背向散射率和前向散射率，使检测高效化，提高激光陀螺的装配质量。

5)不仅适用于激光陀螺反射镜片的检测和装配，也适用于其它类似超光滑表面的散射多参数检测。

6）本发明提供的检测方法中，积分球工作时用到微弱信号检测理论，使用积分散射率测量组件检测时，采用调制光束，利用相关检测原理，可从强噪声背景中提取微弱的光强信号，而背向散射光和前向散射的能量微弱，通过积分散射率测量组件可以检测背向散射光和前向散射的能量大小，检测的背向散射光和前向散射的能量越小，陀螺的谐振腔的损耗越小，锁区越小，陀螺的分辨率越高。可以指导高反射镜的使用，以及高反射镜加工工艺的改善，对高反射镜质量的把握以及制造工艺的改善有重要价值。

附图说明

图1是本发明结构示意图

附图标记为：1-激光器，2-光束切换转筒，3-ccd相机，4-显微镜头，5-背向积分散射率测量组件，6-前向积分散射率测量组件，7-陷光器，8-探测器。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明进行详细地说明。

本发明结合现有光学元件表面疵病和激光陀螺背向散射率的检测，设计了一种能检测激光陀螺高反镜表面疵病并同时能对选定区域的背向散射率和前向散射率进行检测的装置。

参照图1，一种高反镜表面散射多参数分布表征测量装置，由半导体激光器1、ccd成像系统、两个积分散射率测量组件和陷光器7构成，所述ccd成像系统包括ccd相机3和显微镜头4，所述激光光束入射光路上依次设置有光束切换转筒2和背向积分散射率测量组件5，反射光路上设置有前向积分散射率测量组件6。

本装置中两组积分散射率组件分别设置在激光光束入射光路和反射光路上，所说的积分散射率组件包括积分球和积分球出射口上的探测器8，其中背向积分散射率测量组件用积分球收集以入射光为中心一定立体角内的散射光来近似表征背向散射光；前向积分散射率测量组件用积分球收集以反射光为中心一定立体角内的散射光来近似表征前向散射光。本发明装置利用调制技术，通过改变驱动电流实现对光的输出调制，分别获取调制光束和稳功率光束两种光源，又通过在激光器出射口安装光束整形组件根据待测疵病来调整入射光斑直径。稳功率光束配合与被测样品垂直的ccd成像系统用于高反射镜的显微暗场散射成像的照明，ccd成像系统主要实现疵病的二维分布检测，调制光束配合背向积分散射率测量组件和前向积分散射率测量组件分别对背向散射光和前向散射光进行检测。

该装置的检测原理是通过ccd显微散射成像系统来检测激光陀螺高反镜表面疵病的二维信息，通过对小孔立体角内的积分散射测量系统来检测背向散射和前向散射的能量大小，针对选定的疵病区域，可通过光束整形组件调整入射光束来更好的获取疵病信息。

本装置采用半导体激光器，利用调制技术，通过改变半导体激光器的驱动电流实现对光的输出调制，来获取稳功率光束和调制光束，更好的应用于ccd成像系统和积分球的检测环境，提高检测的精确性。背向散射或前向散射光的能量微弱，使用积分散射率测量组件检测时，采用调制光束，利用相关检测原理，可从强噪声背景中提取到微弱的光强信号，通过积分散射率测量组件可以检测疵病的背向散射和前向散射光能量大小，进而计算出背向散射率和前向散射率。

检测时，首先关闭积分散射率测量组件，半导体激光器发出稳功率激光，经疵病表面反射，最终由陷光器吸收，使用ccd成像系统进行表面疵病的检测，配合样品的平移、旋转确定疵病的分布，来定位选定的测量区域；然后利用电信号控制半导体激光器发出调制激光，再使用积分散射率测量组件对选定测量区域检测，分别检测该区域背向散射光和前向散射光的能量大小。即可以准确的检测出疵病的多参数信息，指导激光陀螺高反镜的装配，选择疵病小、背向散射光和前向散射光弱的区域为工作区域。

本发明提供的基于上述激光陀螺高反镜表面散射检测装置的检测方法，具体包括以下步骤：

a)首先关闭两个积分散射率测量组件，将待检激光陀螺高反镜的被测表面朝上置于样品台上，半导体激光器发出稳功率光束，使其出射光斑照射在待检激光陀螺高反镜被测表面上；

b)若待测激光陀螺高反镜的被测表面存在疵病，激光入射到疵病时，散射光通过显微镜进入ccd相机3中，ccd成像系统得到的疵病图像在计算机上呈现暗场环境下的亮像；

c)通过计算机控制样品台移动激光陀螺高反镜的位置，以设定的路径移动样品，完成各子孔径区域的采样，通过计算机对ccd成像系统采集到的疵病图像进行处理，完成每个方向的子孔径拼接，获得疵病的二维信息；同时对选定的疵病区域定位，便于后续对选定的区域进行背向和前向积分散射光测量；

d)切换半导体激光器的驱动电信号，使半导体激光器发出调制光束，开启积分散射率测量组件，检测选定的区域，因积分球工作时用到微弱信号检测理论，可分别采集选定区域的背向散射和前向散射的能量信息。

e)综合分析、对比各方向的检测结果，挑选出各方向疵病小且背向散射和前向散射均小的区域进行标记，指导激光陀螺的装配。

这里可根据检测疵病的大小来调整半导体激光器前的光束整形组件（光束切换转筒2），通过改变激光光束光斑直径来针对不同尺寸的疵病的检测，以获取最优结果。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。