基于多特征偏振态信息的光学元件抛光亚表面损伤无损检测方法研究

抛光亚表面损伤严重影响光学元件的长期稳定性、镀膜质量、成像质量和激光损伤阈值等重要性能指标，如何在亚表面损伤准确检测的基础上实现光学元件的超微损伤加工已经成为限制光学元件实现纳米精度制造的"瓶颈"问题。本项目将具有非接触、高灵敏度、定量化、高效率和非扰动等优点的椭圆偏振测量技术应用于光学元件抛光亚表面损伤的检测，通过将亚表面损伤层抽象为多层非均质膜系结构，实现抛光亚表面损伤的无损、快速和准确检测。项目将围绕多特征偏振态信息的解谱分析过程，重点研究以下科学问题：（1）偏振光与光学元件抛光亚表面损伤微观作用机制；（2）多特征偏振态信息的辨识和提取方法；（3）基于亚表面损伤层精细结构的椭偏检测模型；（4）多层非均质膜系厚度的高效反演算法设计。项目研究成果将为光学元件加工质量的在线/在位监测和评价以及抛光新原理、新方法与新工艺的开发提供测试方法保障。

针对光学元件超微损伤加工现实需求，本项目将具有非接触、高灵敏度、定量化、高效率和非扰动等优点的椭圆偏振测量技术应用于光学元件抛光亚表面损伤的检测，通过将亚表面损伤层抽象为多层非均质膜系结构，以实现抛光亚表面损伤的无损、快速和准确检测。.　　系统研究了抛光亚表面损伤的定量检测技术，基于光学材料抛光过程物理化学本质深入分析抛光亚表面损伤层结构，建立了抛光亚表面结构精细模型，为构建和优化椭偏检测光学模型和材料物理模型提供依据；在结构模型的基础上分析偏振光与典型损伤间的作用机制，提出相应的色散关系模型，为偏振光影响规律的试验研究提供先验信息，利用多层膜理论分析亚表面损伤特征对椭偏参数的影响规律，在此基础上修正和完善椭偏检测光学模型和材料物理模型；综合采用多种加工方式及后处理方法制备具有典型亚表面损伤特征的检测样品，利用多角度全波段椭圆偏振光探测，通过偏振光特征信息的辨识和提取获得典型亚表面损伤特征对偏振光参数影响规律；系统比较了现有反演计算方法，采用Levenberg-Marquardt算法作为优化反演算法，以提高椭偏检测效率和测量精度；最后，针对两种典型抛光工艺加工出的石英玻璃试件进行椭偏检测，验证抛光亚表面损伤椭偏检测方法的有效性，在此基础上设计并固化抛光亚表面损伤椭偏检测流程。完成了项目申报书中提出的五项研究内容。此外，针对抛光痕量杂质浓度检测难题，基于稀土金属元素对漆酶蛋白活性的强烈抑制特性，提出了一种光学玻璃抛光亚表面损伤层中杂质的生物检测方法，为抛光亚表面损伤的示踪检测奠定了技术基础，也为生物技术在光学元件纳米精度制造领域的应用进行有益的探索。.　　项目围绕多特征偏振态信息的解谱分析过程，取得如下研究成果（1）基于光学材料抛光过程物理化学本质的抛光亚表面损伤层精细模型；（2）基于抛光损伤层超薄、多样性、强耦合和非均质本构特征的椭偏光学模型和材料物理模型；（3）基于多角度全波段椭偏探测的抛光亚表面损伤层椭偏检测方法；（4）基于竞争性抑制规律的抛光亚表面损伤层中痕量杂质的生物检测方法。上述研究成果将为光学元件加工质量的在线/在位监测和评价以及抛光新原理、新方法与新工艺的开发提供测试方法保障。