CN106352809A - 磷酸盐激光钕玻璃表面雾深度的检测方法及发雾去除方法 - Google Patents

Abstract

一种磷酸盐激光钕玻璃表面雾深度的检测方法，包括清洗磷酸盐激光钕玻璃；图像采集；图像处理；确定发雾深度。本发明不仅能够表征出磷酸盐激光钕玻璃表面发雾的深度，而且能够有效地去除磷酸盐激光钕玻璃表面发雾，改善抛光好的磷酸盐激光钕玻璃表面的通透性。

Description

磷酸盐激光钕玻璃表面雾深度的检测方法及发雾去除方法

技术领域

本发明属于光学元件光学冷加工领域，特别是磷酸盐激光钕玻璃表面发雾深度表征及去除。

背景技术

在高功率激光系统中，为获得比较理想的高质量的激光光束，用于其系统中的精密光学元件不仅要有较高的波前误差精度，同时还需具有较好的表面质量。好的表面质量是指光学元件表面划痕的总长度足够小，没有崩边、裂纹，无潮解，即表面通透，没有雾班。钕玻璃表面发雾是指在暗场聚光灯照射下，人眼观察到的已抛光好的钕玻璃表面不通透、泛白、雾状的现象。

磷酸盐激光钕玻璃光学元件是高功率激光系统的增益介质，起激光放大的作用，是ICF激光驱动器中的关键元件之一，其表面质量的好坏直接影响到激光光束的质量。磷酸盐激光钕玻璃的基质玻璃为P₂O₅，钕玻璃的熔炼则是在基质玻璃中掺入适量的金属氧化物和碱土类氧化物来改变其化学稳定性和光学性能。磷酸盐玻璃的化学稳定性远不如硅酸盐玻璃(尤其是在含水的环境中)，而且，磷酸盐玻璃还具有较差的热稳定性和较强的腐蚀性。钕玻璃则是在[PO4]四面体单元中掺入不同金属氧化物的无规则网络结构，其中磷是五价，组成四面体的四个键中有一个是双键，从而使[PO4]四面体产生变形，四面体间以顶角相连，但在双键的一端四面体间连接断裂，并且一价的碱金属氧化物的引入使磷酸盐玻璃层状结构发生断裂松散，因而磷酸盐玻璃的化学稳定性和机械强度相对较差。磷酸盐玻璃对水有强烈的亲和力，容易与空气中的水分相结合，水分从周围环境吸附在玻璃上并进入玻璃体材料中，能够破坏磷酸盐的骨架结构，磷酸盐玻璃极易受水的侵蚀。磷酸盐玻璃在常规条件下，会潮解，容易在抛光过程中，在磷酸盐表面水解层中极易发生化学反应，使得钕玻璃在暗场聚光灯下，抛光好的表面有发雾的现象。由于磷酸盐激光钕玻璃表面发雾仅在钕玻璃表面很薄的一层水解层中(纳米量级)，目前很难用仪器将磷酸盐钕玻璃表面发雾的情况检测出来，且磷酸盐激光钕玻璃表面发雾越严重则发雾深度越深。因此，提出了一种磷酸盐激光钕玻璃表面发雾的检测方法，能够表征出磷酸盐激光钕玻璃表面发雾深度；并且根据所表征的深度值提出了磷酸盐激光钕玻璃表面发雾去除的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种磷酸盐激光钕玻璃表面雾的深度的表征以及发雾现象去除的方法，可以有效地去除磷酸盐钕玻璃表面的雾，同时不影响已抛光好的磷酸盐激光钕玻璃的其他光学性质。本发明包括磷酸盐激光钕玻璃表面雾的深度检测装置、图像处理、离子束均匀去除。该发明中磷酸盐激光钕玻璃表面雾的深度检测装置包括激光器、CCD、电脑，能够准确地测量出磷酸盐激光钕玻璃表面雾的深度。

本发明的技术解决方案如下：

一种磷酸盐激光钕玻璃表面雾深度的检测方法，该检测方法包括如下步骤：

步骤1)清洗磷酸盐激光钕玻璃：用去离子水对双面抛光后的磷酸盐激光钕玻璃进行清洗，使用无水乙醇对清洗干净的磷酸盐激光钕玻璃表面进行脱水；

步骤2)图像采集：将清洗后的磷酸盐激光钕玻璃放置在光学平台上，通过CCD拍摄激光器打到清洗后的磷酸盐激光钕玻璃表面上的激光光斑，所述的CCD通过数据线连接到电脑上，所述的电脑实时反映CCD所拍摄的内容，并且对所显示的激光光斑进行图片拍摄；

步骤3)图像处理：对所述的图片进行灰度处理，得到图片对应的灰度均值Y1，图像标准差Y2和直方图标准差Y3；

步骤4)确定发雾深度：根据同一个光斑图像在不同曝光时间所算出的值是相同的，计算深度因子其中b1为灰度均值截距，b2为图像标准差截距，b3为直方图标准差截距；

若深度因子S值在700～800之间，则发雾深度值为300～400nm；若深度因子S值在800～900之间，则发雾深度值为200～300nm；若深度因子S值在900～1000之间，则发雾深度值为100～200nm；若深度因子S值在1000～1100之间，则发雾深度值为50～100nm；若深度因子S值在1100～1200之间，则发雾深度值为1～50nm。

每隔100ms拍摄一组不同曝光时间的图片，并对图片进行处理，计算每张图片的灰度均值，将这些灰度均值拟合成直线y＝k₁x+b1，其中曝光时间500ms取x值为1，y值为曝光时间500ms时的灰度均值，以此类推，曝光时间1400ms，取x值为10，y值为曝光时间1400ms时的灰度均值，则b1计算完毕。

每隔100ms拍摄一组不同曝光时间的图片，并对图片进行处理，计算每张图片的图像标准差，将这些图像标准差拟合成直线y＝k₂x+b2，其中曝光时间500ms取x值为1，y值为曝光时间500ms时的图像标准差，以此类推，曝光时间1400ms，取x值为10，y值为曝光时间1400ms时的图像标准差，则b2计算完毕。

每隔100ms拍摄一组不同曝光时间的图片，并对图片进行处理，计算每张图片的直方图标准差，将这些直方图标准差拟合成直线y＝k₃x+b3，其中曝光时间500ms取x值为1，y值为曝光时间500ms时的直方图标准差，以此类推，曝光时间1400ms，取x值为10，y值为曝光时间1400ms时的直方图标准差，则b3计算完毕。

利用所述的图像处理方法得到的发雾深度值，进行磷酸盐激光钕玻璃片表面雾的离子束均匀去除，该方法包括：

步骤1)根据所述的磷酸盐激光钕玻璃表面雾的发雾深度值，确定离子束光斑束径的大小、离子束的行程及驻留时间；

步骤2)利用离子束抛光设备加工磷酸盐激光钕玻璃，表面均匀去除与所述磷酸盐激光钕玻璃表面雾的发雾深度值相同的厚度，则磷酸盐激光钕玻璃表面雾去除完毕。

与现有技术相比，本发明的有益效果是在不影响磷酸盐激光钕玻璃其他光学性能的基础上，能够有效地去除了磷酸盐激光钕玻璃表面的雾，改善了表面的通透性，提高磷酸盐激光钕玻璃元件的合格率，节约了制造成本。

附图说明

图1为本发明检测钕玻璃表面发雾深度的装置的结构示意图；

图中：1-已清洗的抛光好的磷酸盐激光钕玻璃，2-激光器，3-CCD，4-电脑；

图2为CCD拍摄的激光光斑；

图3为离子束清洗磷酸盐激光钕玻璃表面发雾前后对比。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的变换范围。

1、磷酸盐激光钕玻璃表面雾深度的检测：

步骤1)磷酸盐激光钕玻璃清洗，使用去离子水对双面已抛光好的磷酸盐激光钕玻璃进行清洗，使用无水乙醇对清洗干净的磷酸盐激光钕玻璃表面进行脱水，脱水完毕后即磷酸盐激光钕玻璃清洗完毕；

步骤2)图像采集，参阅图1，将已清洗的抛光好的磷酸盐激光钕玻璃(1)放置光学平台上，使用CCD(3)拍摄激光器(2)打到已清洗的抛光好的磷酸盐激光钕玻璃(1)表面上的激光光斑，所述的CCD(3)通过数据线连接到电脑(4)上，所述的电脑(4)可以实时反映CCD(3)所拍摄的内容，并且对所显示的激光光斑进行图片拍摄，见图2，图像采集完毕；

步骤3)图像处理，其特征在于：对所述的图片进行灰度化处理，算出图片对应的灰度均值Y1为14.3131，图像标准差Y2为11800.961，直方图标准差Y3为13.3433，图像处理完毕；

步骤4)b1的计算：拍摄一组不同曝光时间(500～1400ms，每隔100ms取一次数据)的图片，对图片进行处理，算出每张图片的灰度均值，见表1。这些灰度均值呈线性关系，可拟合成直线y＝k₁x+b1，(其中曝光时间500ms取x值为1，以此类推，抛光时间1400ms，取x值为10)，则b1为4.56643；

步骤5)b2的计算：拍摄一组不同曝光时间(500～1400ms，每隔100ms取一次数据)的图片，对图片进行处理，算出每张图片的图像标准差，见表1。这些图像标准差呈线性关系，可拟合成直线y＝k₂x+b2，(其中曝光时间500ms取x值为1，以此类推，抛光时间1400ms，取x值为10)，则b2为18126.08513；

步骤6)b3的计算：拍摄一组不同曝光时间(500～1400ms，每隔100ms取一次数据)的图片，对图片进行处理，算出每张图片的直方图标准差，见表1。这些直方图标准差呈线性关系，可拟合成直线y＝k₃x+b3，(其中曝光时间500ms取x值为1，以此类推，抛光时间1400ms，取x值为10)，则b3为5.80777；

表1不同曝光时间下的灰度均值、图像标准差、直方图标准差

步骤7)发雾深度的确定，其特征在于：根据同一个光斑图像在不同曝光时间所算出的值是相同的，计算S值为738.04357，则确定发雾深度D为300～400nm；

2、利用所述的图像处理方法得到的钕玻璃片表面雾的深度值D，进行磷酸盐激光钕玻璃片表面雾的离子束均匀去除，其特征在于该方法包括：

步骤1)根据所述的磷酸盐激光钕玻璃表面雾的深度的值，确定离子束光斑束径的大小、离子束的行程及驻留时间等；

步骤2)利用离子束抛光设备加工磷酸盐激光钕玻璃，表面均匀去除与所述磷酸盐激光钕玻璃表面雾的深度值相同的厚度，则磷酸盐激光钕玻璃表面雾去除完毕。

均匀去除磷酸盐激光钕玻璃表面部分区域，与没有经过离子束处理的区域进行对比，其分界处的暗场聚光灯拍摄的结果如图3所示。从图中可以看出，经过离子束处理，磷酸盐激光钕玻璃表面发雾已去除。

Claims (5)

1.一种磷酸盐激光钕玻璃表面雾深度的检测方法，其特征在于该检测方法包括如下步骤：

步骤1)清洗磷酸盐激光钕玻璃：用去离子水对双面抛光后的磷酸盐激光钕玻璃进行清洗，使用无水乙醇对清洗干净的磷酸盐激光钕玻璃表面进行脱水；

步骤2)图像采集：将清洗后的磷酸盐激光钕玻璃(1)放置在光学平台上，通过CCD(3)拍摄激光器(2)打到清洗后的磷酸盐激光钕玻璃(1)表面上的激光光斑，所述的CCD(3)通过数据线连接到电脑(4)上，所述的电脑(4)实时反映CCD(3)所拍摄的内容，并且对所显示的激光光斑进行图片拍摄；

步骤3)图像处理：对所述的图片进行灰度处理，得到图片对应的灰度均值Y1，图像标准差Y2和直方图标准差Y3；

步骤4)确定发雾深度：根据同一个光斑图像在不同曝光时间所算出的值是相同的，计算深度因子其中b1为灰度均值截距，b2为图像标准差截距，b3为直方图标准差截距；

若深度因子S值在700～800之间，则发雾深度值为300～400nm；若深度因子S值在800～900之间，则发雾深度值为200～300nm；若深度因子S值在900～1000之间，则发雾深度值为100～200nm；若深度因子S值在1000～1100之间，则发雾深度值为50～100nm；若深度因子S值在1100～1200之间，则发雾深度值为1～50nm。

2.权利要求1所述磷酸盐激光钕玻璃表面雾深度的检测方法，其特征在于，每隔100ms拍摄一组不同曝光时间的图片，并对图片进行处理，计算每张图片的灰度均值，将这些灰度均值拟合成直线y＝k₁x+b1。

3.权利要求1所述磷酸盐激光钕玻璃表面雾深度的检测方法，其特征在于，每隔100ms拍摄一组不同曝光时间的图片，并对图片进行处理，计算每张图片的图像标准差，将这些图像标准差拟合成直线y＝k₂x+b2。

4.权利要求1所述磷酸盐激光钕玻璃表面雾深度的检测方法，其特征在于，每隔100ms拍摄一组不同曝光时间的图片，并对图片进行处理，计算每张图片的直方图标准差，将这些直方图标准差拟合成直线y＝k₃x+b3。

5.利用权利要求1所述的图像处理方法得到的发雾深度值，进行磷酸盐激光钕玻璃片表面雾的离子束均匀去除，其特征在于该方法包括：

步骤1)根据所述的磷酸盐激光钕玻璃表面雾的发雾深度值，确定离子束光斑束径的大小、离子束的行程及驻留时间；

步骤2)利用离子束抛光设备加工磷酸盐激光钕玻璃，表面均匀去除与所述磷酸盐激光钕玻璃表面雾的发雾深度值相同的厚度，则磷酸盐激光钕玻璃表面雾去除完毕。