一种高功率激光薄膜元件用超光滑光学基板表面检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光学基板清洗后的表面检测方法，特别是一种高功率激光薄膜元 件用超光滑光学基板表面检测方法。
【背景技术】
[0002] 光学薄膜元件是激光系统中的关键元器件，是实现系统光学性能的关键因素之 一。随着激光系统使用功率的不断增加，人们对激光薄膜元件的抗损伤能力要求也不断提 高。影响薄膜损伤阈值的因素众多，从基板的抛光和清洗到膜系的设计和制备以及后续的 激光预处理等，其中基板的抛光工序决定了基板表面的光洁度，抛光过程控制不当将导致 基板表面出现大量划痕缺陷，而清洗工序直接决定元件镀膜前的表面洁净度，清洗不当会 造成基板表面微粒的残留。这些划痕和微粒在薄膜元件装入激光系统后在高功率激光辐照 下极易诱发薄膜的损伤，从而极大降低了元件的抗激光损伤性能。
[0003] 那么如何判断抛光后的基板表面划痕情况是否合格，清洗后的基板表面杂质微粒 是否清洗干净，则需要我们对基板表面的划痕缺陷以及表面洁净度情况具备客观准确的检 测方法和判断能力。目前光学基板表面检测中常用的方法是在100W白光表面检测灯照射 下用肉眼来观测，然而这种方法无法定量颗粒度大小，并且检验的准确度十分依赖于灯泡 状态，而在实际使用中灯泡的亮度又受很多外界因素影响，比如开机时间、灯泡总使用时间 等，因此在使用中很难保证检验的准确性与一致性，尤其关键的是这种检测方法仅能观测 到几十微米尺度以上的划痕和微粒，而对于更小尺度的颗粒和划痕的观测则需要使用光 学显微镜，通过使用较高的放大倍数光学显微镜可以观测到微米、亚微米尺度的划痕和缺 陷，并且能够将缺陷的尺度定量的表示。然而在目前所公知的使用光学显微镜对基板进行 表面检测过程中存在的主要问题是镜头的放大倍数越高能观测到的缺陷尺度就越小，而相 应的检测视场也变得越小，这样检测速度就会变慢。所以，在高损伤阈值的激光薄膜元器件 的制备过程中迫切需要一种检测速度快而又灵敏度高的定量化检测方法。
[0004] 因此，本发明针对上述问题，提出一种基于532nm波长激光散射观测的基板表面 缺陷与杂质微粒尺度与空间分布的定量和快速检测技术。由于人眼对绿光极敏感，采用 532nm激光散射观测具有更高的灵敏度，远高于一般强光灯获得的信号强度，可获得更小尺 寸缺陷的散射信号，污染物颗粒探测精度可达数十纳米，极大地提高了基板表面缺陷检测 的精度和效率，为光学基板的抛光以及清洗工艺研发提供反馈以及技术支持。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提出一种高功率激光薄膜元件用光学基板表面检测方法。
[0006] 本发明提出的一种高功率激光薄膜元件用超光滑光学基板表面检测方法，具体步 骤如下： (1)在带有暗场、微分干涉功能的显微镜装置旁边装置激光波长为532nm激光器，激 光束倾斜入射照射样品表面的显微镜物镜聚焦区域，调整激光器位置及显微镜焦距使得通 过目镜可以清晰观测到样品表面激光散射光； (2) 在正式检测前，首先需要对微粒散射光量化定标，将300nm~3 y m直径的人工氧化 硅小球旋涂在干净的光学基板表面，分别使用暗场显微模式下激光散射以及微分干涉显微 模式对比观测人工微粒，分别记录两种模式下观测的微粒大小，以此通过数据拟合建立微 粒的尺度与其散射光面积的数量对应关系，实现对微粒缺陷散射光的量化定标； (3) 接着需要对基板表面划痕缺陷散射光作定标，采用纳米压痕仪在光学基板表面制 备600nm~4 ym宽度的人工划痕，分别米用暗场显微模式下激光散射以及微分干涉显微模 式对比观测人工划痕，分别记录两种模式下观测的划痕大小，以此通过数据拟合建立划痕 的宽度与其散射光宽度的数量对应关系，实现对划痕缺陷散射光的量化定标； (4)通过上述对划痕和微粒散射光定量化定标后开始进行光学基板清洗后的表面检 测，具体检测方法采用固定显微镜镜头，先横向再纵向移动基板的全表面扫描方式实现对 表面划痕缺陷以及微粒的空间分布与尺度的检测。
[0007] 本发明尤其实现光学基板表面高灵敏度检测的定量化，为基板清洗工艺的改进提 供数据支撑，避免了基板内部和表面由于清洗过度而产生缺陷，保证基板具有高的损伤阈 值，同时具有检测速度快、检测结果直观、检测精度高等优点。
【附图说明】
[0008] 图1为1 ym人造微粒（a)微分干涉显微图像与（b)532nm激光散射暗场图像对 比； 图2为2 y m人造划痕（a)微分干涉显微图像与（b) 532nm激光散射暗场图像对比； 图3为初步清洗后光学基板的（a)微分干涉图像与（b) 532nm激光散射暗场图像对 比。
【具体实施方式】
[0009] 下面结合附图和实例对本发明作详细说明。
[0010] 实施例1 :以BK7光学基板清洗后的检测： 在清洗后洁净的? 30mm光学基板表面旋涂lMm尺度均匀的Si02A工小球，将小球基 板放置入Leica微分干涉显微镜载物台上，采用20倍放大倍数物镜在微分干涉模式下调节 显微镜焦距，使显微镜聚焦在基板上表面，在10倍放大倍数目镜中可观测到基板表面IP? 310 2小球，如图1(a)所示。接着，将显微镜调整为暗场模式，在显微镜装置旁边放置激光波 长为532nm激光器，激光束以45度斜入射照射样品表面，调节激光器位置使得激光束在样 品表面光斑与显微镜物镜聚焦区域重合，通过目镜可以清晰观测到基板表面氧化硅小球的 散射光，如图1(b)所示。类似，我们对比观测了 300nm~3Mffl氧化硅人工小球的微分干涉图 像和暗场激光散射图像，小球尺度与相应散射光面积的对应关系见表1，从而实现对颗粒散 射光大小与颗粒真实尺寸的定标。
[0011] 表 1 :
接着，将刻有2Pm宽度人工划痕的〇 30mmBK7基板放置入显微镜检测台，在微分干涉模 式下调节显微镜焦距，在目镜中可观测到基板表面人工划痕，如图2(a)所示。接着，将显微 镜调整为暗场模式，打开在上述步骤中调整好的532nm波长激光器，通过目镜可以清晰观 测到基板表面人工划痕的散射光，如图2(b)所示。类似，我们对比观测了 600nm~4Mffl人工 划痕的微分干涉图像和暗场激光散射图像，划痕宽度与相应散射光面积的对应关系见表2， 根据该对应关系实现对基板表面划痕缺陷的散射光宽度与真实宽度的定标。
[0012]表2:
在完成对散射光的量化定标后，我们即可开始对光学基板进行检测与分析，如图3(a) 所示，将一块经过初步清洗后的BK7基板放置入检测台，在微分干涉模式下观测样品表面， 表面仅有视场中间区域有几个颗粒，整个似乎还是比较干净的，然而当我们采用本发明的 激光散射方法观测后，如图3(b)表面显现出非常多的微粒，根据上述的定标的尺度对应关 系，说明这些颗粒尺度主要为小于lMffl的亚微米的尺度范围，从而说明该样品还需要做进 一步的高精度清洗。由此可见，通过我们发明的检测方法能够高灵敏地对光学基板进行高 效检测，为获得高损伤阈值的光学薄膜元件提供了有力的技术保障。
[0013] 上述的对实施例的描述是为说明本发明的技术思想和特点，目的在于该技术领域 的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实 施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳 动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做 出的改进和修改都涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种高功率激光薄膜元件用超光滑光学基板表面检测方法，其特征具体步骤如下： (1)在带有暗场模式的微分干涉显微镜旁边设置532nm波长激光器，将激光束倾斜入 射样品表面的显微镜聚焦区域，通过目镜可观测到样品表面激光散射光； (2) 将300nm~3ym直径的人工氧化硅微粒旋涂在干净的光学基板表面，分别使用暗场 显微模式下激光散射以及微分干涉显微模式观测人工微粒，分别记录两种模式下观测的微 粒大小，以此通过数据拟合建立微粒的尺度与其散射光面积的数量对应关系，实现对微粒 缺陷散射光的量化定标； (3) 采用纳米压痕仪在光学基板表面制备600nm~4ym宽度的人工划痕，分别采用暗场 显微模式下激光散射以及微分干涉显微模式对比观测人工划痕，分别记录两种模式下观测 的划痕大小，以此通过数据拟合建立划痕的宽度与其散射光宽度的数量对应关系，实现对 划痕缺陷散射光的量化定标； (4) 运用上述定标后的检测方法开展对光学基板清洗后的表面进行划痕缺陷以及微 粒的空间分布全表面检测。2. 根据权利要求1所述的光学基板检测方法，其特征在于：所述步骤（1)中激光器波长 为 532nm〇3. 根据权利要求1所述的光学基板检测方法，其特征在于：所述步骤（1)中激光器垂直 光斑直径为2_。4. 根据权利要求1所述的光学基板检测方法，其特征在于：所述步骤（1)中激光器倾斜 角度为30° ~60°。5. 根据权利要求1所述的光学基板检测方法，其特征在于：所述步骤（2)中氧化硅小球 尺寸为 0? 3Mm，0? 6Mm，I. 〇Mm，2.OMm或 3.OMm中任一种。6. 根据权利要求1所述的光学基板检测方法，其特征在于：所述步骤（3)中人造划痕宽 度尺寸为0. 6Pm，lMm，2Mm，3Mm或4Mm中任一种。
【专利摘要】本发明涉及一种高功率激光薄膜元件用超光滑光学基板表面检测方法，采用532nm波长激光倾斜入射光学基板表面，运用微分干涉显微镜的暗场模式观测激光在基板表面的散射光信息，实现对光学基板表面缺陷及微小残留颗粒的高灵敏度检测；通过分别采用暗场显微模式下激光散射以及微分干涉显微模式对所旋涂有300~3μm人工氧化硅小球的样品进行观测，对比建立微粒激光散射面积与微粒实体尺度对应关系，实现对于微粒的激光散射检测的量化定标；通过对比暗场显微模式下激光散射以及微分干涉显微模式对刻有600nm~5μm宽度人工划痕基板的观测结果，建立划痕激光散射面积与实体宽度对应关系，完成对划痕缺陷的激光散射量化定标。本发明极大地提高了基板表面缺陷检测的精度和效率。
【IPC分类】G01N21/49
【公开号】CN105203503
【申请号】CN201510585072
【发明人】王占山, 丁涛, 马彬, 程鑫彬, 焦宏飞, 张锦龙, 沈正祥
【申请人】同济大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年9月16日