本發(fā)明屬于光學(xué)元件光學(xué)冷加工領(lǐng)域，特別是磷酸鹽激光釹玻璃表面發(fā)霧深度表征及去除。

背景技術(shù)：

在高功率激光系統(tǒng)中，為獲得比較理想的高質(zhì)量的激光光束，用于其系統(tǒng)中的精密光學(xué)元件不僅要有較高的波前誤差精度，同時(shí)還需具有較好的表面質(zhì)量。好的表面質(zhì)量是指光學(xué)元件表面劃痕的總長(zhǎng)度足夠小，沒(méi)有崩邊、裂紋，無(wú)潮解，即表面通透，沒(méi)有霧班。釹玻璃表面發(fā)霧是指在暗場(chǎng)聚光燈照射下，人眼觀察到的已拋光好的釹玻璃表面不通透、泛白、霧狀的現(xiàn)象。

磷酸鹽激光釹玻璃光學(xué)元件是高功率激光系統(tǒng)的增益介質(zhì)，起激光放大的作用，是ICF激光驅(qū)動(dòng)器中的關(guān)鍵元件之一，其表面質(zhì)量的好壞直接影響到激光光束的質(zhì)量。磷酸鹽激光釹玻璃的基質(zhì)玻璃為P₂O₅，釹玻璃的熔煉則是在基質(zhì)玻璃中摻入適量的金屬氧化物和堿土類氧化物來(lái)改變其化學(xué)穩(wěn)定性和光學(xué)性能。磷酸鹽玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性遠(yuǎn)不如硅酸鹽玻璃(尤其是在含水的環(huán)境中)，而且，磷酸鹽玻璃還具有較差的熱穩(wěn)定性和較強(qiáng)的腐蝕性。釹玻璃則是在[PO4]四面體單元中摻入不同金屬氧化物的無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中磷是五價(jià)，組成四面體的四個(gè)鍵中有一個(gè)是雙鍵，從而使[PO4]四面體產(chǎn)生變形，四面體間以頂角相連，但在雙鍵的一端四面體間連接斷裂，并且一價(jià)的堿金屬氧化物的引入使磷酸鹽玻璃層狀結(jié)構(gòu)發(fā)生斷裂松散，因而磷酸鹽玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度相對(duì)較差。磷酸鹽玻璃對(duì)水有強(qiáng)烈的親和力，容易與空氣中的水分相結(jié)合，水分從周圍環(huán)境吸附在玻璃上并進(jìn)入玻璃體材料中，能夠破壞磷酸鹽的骨架結(jié)構(gòu)，磷酸鹽玻璃極易受水的侵蝕。磷酸鹽玻璃在常規(guī)條件下，會(huì)潮解，容易在拋光過(guò)程中，在磷酸鹽表面水解層中極易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使得釹玻璃在暗場(chǎng)聚光燈下，拋光好的表面有發(fā)霧的現(xiàn)象。由于磷酸鹽激光釹玻璃表面發(fā)霧僅在釹玻璃表面很薄的一層水解層中(納米量級(jí))，目前很難用儀器將磷酸鹽釹玻璃表面發(fā)霧的情況檢測(cè)出來(lái)，且磷酸鹽激光釹玻璃表面發(fā)霧越嚴(yán)重則發(fā)霧深度越深。因此，提出了一種磷酸鹽激光釹玻璃表面發(fā)霧的檢測(cè)方法，能夠表征出磷酸鹽激光釹玻璃表面發(fā)霧深度；并且根據(jù)所表征的深度值提出了磷酸鹽激光釹玻璃表面發(fā)霧去除的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種磷酸鹽激光釹玻璃表面霧的深度的表征以及發(fā)霧現(xiàn)象去除的方法，可以有效地去除磷酸鹽釹玻璃表面的霧，同時(shí)不影響已拋光好的磷酸鹽激光釹玻璃的其他光學(xué)性質(zhì)。本發(fā)明包括磷酸鹽激光釹玻璃表面霧的深度檢測(cè)裝置、圖像處理、離子束均勻去除。該發(fā)明中磷酸鹽激光釹玻璃表面霧的深度檢測(cè)裝置包括激光器、CCD、電腦，能夠準(zhǔn)確地測(cè)量出磷酸鹽激光釹玻璃表面霧的深度。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種磷酸鹽激光釹玻璃表面霧深度的檢測(cè)方法，該檢測(cè)方法包括如下步驟：

步驟1)清洗磷酸鹽激光釹玻璃：用去離子水對(duì)雙面拋光后的磷酸鹽激光釹玻璃進(jìn)行清洗，使用無(wú)水乙醇對(duì)清洗干凈的磷酸鹽激光釹玻璃表面進(jìn)行脫水；

步驟2)圖像采集：將清洗后的磷酸鹽激光釹玻璃放置在光學(xué)平臺(tái)上，通過(guò)CCD拍攝激光器打到清洗后的磷酸鹽激光釹玻璃表面上的激光光斑，所述的CCD通過(guò)數(shù)據(jù)線連接到電腦上，所述的電腦實(shí)時(shí)反映CCD所拍攝的內(nèi)容，并且對(duì)所顯示的激光光斑進(jìn)行圖片拍攝；

步驟3)圖像處理：對(duì)所述的圖片進(jìn)行灰度處理，得到圖片對(duì)應(yīng)的灰度均值Y1，圖像標(biāo)準(zhǔn)差Y2和直方圖標(biāo)準(zhǔn)差Y3；

步驟4)確定發(fā)霧深度：根據(jù)同一個(gè)光斑圖像在不同曝光時(shí)間所算出的值是相同的，計(jì)算深度因子其中b1為灰度均值截距，b2為圖像標(biāo)準(zhǔn)差截距，b3為直方圖標(biāo)準(zhǔn)差截距；

若深度因子S值在700～800之間，則發(fā)霧深度值為300～400nm；若深度因子S值在800～900之間，則發(fā)霧深度值為200～300nm；若深度因子S值在900～1000之間，則發(fā)霧深度值為100～200nm；若深度因子S值在1000～1100之間，則發(fā)霧深度值為50～100nm；若深度因子S值在1100～1200之間，則發(fā)霧深度值為1～50nm。

每隔100ms拍攝一組不同曝光時(shí)間的圖片，并對(duì)圖片進(jìn)行處理，計(jì)算每張圖片的灰度均值，將這些灰度均值擬合成直線y＝k₁x+b1，其中曝光時(shí)間500ms取x值為1，y值為曝光時(shí)間500ms時(shí)的灰度均值，以此類推，曝光時(shí)間1400ms，取x值為10，y值為曝光時(shí)間1400ms時(shí)的灰度均值，則b1計(jì)算完畢。

每隔100ms拍攝一組不同曝光時(shí)間的圖片，并對(duì)圖片進(jìn)行處理，計(jì)算每張圖片的圖像標(biāo)準(zhǔn)差，將這些圖像標(biāo)準(zhǔn)差擬合成直線y＝k₂x+b2，其中曝光時(shí)間500ms取x值為1，y值為曝光時(shí)間500ms時(shí)的圖像標(biāo)準(zhǔn)差，以此類推，曝光時(shí)間1400ms，取x值為10，y值為曝光時(shí)間1400ms時(shí)的圖像標(biāo)準(zhǔn)差，則b2計(jì)算完畢。

每隔100ms拍攝一組不同曝光時(shí)間的圖片，并對(duì)圖片進(jìn)行處理，計(jì)算每張圖片的直方圖標(biāo)準(zhǔn)差，將這些直方圖標(biāo)準(zhǔn)差擬合成直線y＝k₃x+b3，其中曝光時(shí)間500ms取x值為1，y值為曝光時(shí)間500ms時(shí)的直方圖標(biāo)準(zhǔn)差，以此類推，曝光時(shí)間1400ms，取x值為10，y值為曝光時(shí)間1400ms時(shí)的直方圖標(biāo)準(zhǔn)差，則b3計(jì)算完畢。

利用所述的圖像處理方法得到的發(fā)霧深度值，進(jìn)行磷酸鹽激光釹玻璃片表面霧的離子束均勻去除，該方法包括：

步驟1)根據(jù)所述的磷酸鹽激光釹玻璃表面霧的發(fā)霧深度值，確定離子束光斑束徑的大小、離子束的行程及駐留時(shí)間；

步驟2)利用離子束拋光設(shè)備加工磷酸鹽激光釹玻璃，表面均勻去除與所述磷酸鹽激光釹玻璃表面霧的發(fā)霧深度值相同的厚度，則磷酸鹽激光釹玻璃表面霧去除完畢。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是在不影響磷酸鹽激光釹玻璃其他光學(xué)性能的基礎(chǔ)上，能夠有效地去除了磷酸鹽激光釹玻璃表面的霧，改善了表面的通透性，提高磷酸鹽激光釹玻璃元件的合格率，節(jié)約了制造成本。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明檢測(cè)釹玻璃表面發(fā)霧深度的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1-已清洗的拋光好的磷酸鹽激光釹玻璃，2-激光器，3-CCD，4-電腦；

圖2為CCD拍攝的激光光斑；

圖3為離子束清洗磷酸鹽激光釹玻璃表面發(fā)霧前后對(duì)比。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的變換范圍。

1、磷酸鹽激光釹玻璃表面霧深度的檢測(cè)：

步驟1)磷酸鹽激光釹玻璃清洗，使用去離子水對(duì)雙面已拋光好的磷酸鹽激光釹玻璃進(jìn)行清洗，使用無(wú)水乙醇對(duì)清洗干凈的磷酸鹽激光釹玻璃表面進(jìn)行脫水，脫水完畢后即磷酸鹽激光釹玻璃清洗完畢；

步驟2)圖像采集，參閱圖1，將已清洗的拋光好的磷酸鹽激光釹玻璃(1)放置光學(xué)平臺(tái)上，使用CCD(3)拍攝激光器(2)打到已清洗的拋光好的磷酸鹽激光釹玻璃(1)表面上的激光光斑，所述的CCD(3)通過(guò)數(shù)據(jù)線連接到電腦(4)上，所述的電腦(4)可以實(shí)時(shí)反映CCD(3)所拍攝的內(nèi)容，并且對(duì)所顯示的激光光斑進(jìn)行圖片拍攝，見(jiàn)圖2，圖像采集完畢；

步驟3)圖像處理，其特征在于：對(duì)所述的圖片進(jìn)行灰度化處理，算出圖片對(duì)應(yīng)的灰度均值Y1為14.3131，圖像標(biāo)準(zhǔn)差Y2為11800.961，直方圖標(biāo)準(zhǔn)差Y3為13.3433，圖像處理完畢；

步驟4)b1的計(jì)算：拍攝一組不同曝光時(shí)間(500～1400ms，每隔100ms取一次數(shù)據(jù))的圖片，對(duì)圖片進(jìn)行處理，算出每張圖片的灰度均值，見(jiàn)表1。這些灰度均值呈線性關(guān)系，可擬合成直線y＝k₁x+b1，(其中曝光時(shí)間500ms取x值為1，以此類推，拋光時(shí)間1400ms，取x值為10)，則b1為4.56643；

步驟5)b2的計(jì)算：拍攝一組不同曝光時(shí)間(500～1400ms，每隔100ms取一次數(shù)據(jù))的圖片，對(duì)圖片進(jìn)行處理，算出每張圖片的圖像標(biāo)準(zhǔn)差，見(jiàn)表1。這些圖像標(biāo)準(zhǔn)差呈線性關(guān)系，可擬合成直線y＝k₂x+b2，(其中曝光時(shí)間500ms取x值為1，以此類推，拋光時(shí)間1400ms，取x值為10)，則b2為18126.08513；

步驟6)b3的計(jì)算：拍攝一組不同曝光時(shí)間(500～1400ms，每隔100ms取一次數(shù)據(jù))的圖片，對(duì)圖片進(jìn)行處理，算出每張圖片的直方圖標(biāo)準(zhǔn)差，見(jiàn)表1。這些直方圖標(biāo)準(zhǔn)差呈線性關(guān)系，可擬合成直線y＝k₃x+b3，(其中曝光時(shí)間500ms取x值為1，以此類推，拋光時(shí)間1400ms，取x值為10)，則b3為5.80777；

表1不同曝光時(shí)間下的灰度均值、圖像標(biāo)準(zhǔn)差、直方圖標(biāo)準(zhǔn)差

步驟7)發(fā)霧深度的確定，其特征在于：根據(jù)同一個(gè)光斑圖像在不同曝光時(shí)間所算出的值是相同的，計(jì)算S值為738.04357，則確定發(fā)霧深度D為300～400nm；

2、利用所述的圖像處理方法得到的釹玻璃片表面霧的深度值D，進(jìn)行磷酸鹽激光釹玻璃片表面霧的離子束均勻去除，其特征在于該方法包括：

步驟1)根據(jù)所述的磷酸鹽激光釹玻璃表面霧的深度的值，確定離子束光斑束徑的大小、離子束的行程及駐留時(shí)間等；

步驟2)利用離子束拋光設(shè)備加工磷酸鹽激光釹玻璃，表面均勻去除與所述磷酸鹽激光釹玻璃表面霧的深度值相同的厚度，則磷酸鹽激光釹玻璃表面霧去除完畢。

均勻去除磷酸鹽激光釹玻璃表面部分區(qū)域，與沒(méi)有經(jīng)過(guò)離子束處理的區(qū)域進(jìn)行對(duì)比，其分界處的暗場(chǎng)聚光燈拍攝的結(jié)果如圖3所示。從圖中可以看出，經(jīng)過(guò)離子束處理，磷酸鹽激光釹玻璃表面發(fā)霧已去除。