CN107817256A - 一种用于光学晶体超精密加工亚表面损伤的无损检测方法 - Google Patents

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    • G01N23/20—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials

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Abstract

一种用于光学晶体超精密加工亚表面损伤的无损检测方法，本发明涉及超精密加工亚表面损伤的无损检测方法。本发明的目的是为了解决现有技术主要是基于某一特定的亚表面损伤形式或对某一微小截面区域的亚表面损伤形式进行检测，检测过程往往具有破坏性，其检测结果不能全面准确地反映实际加工过程中光学晶体材料的亚表面损伤形式的问题。过程为：一、将被检测光学晶体置于可移动工作台上；二、使X射线源产生的X射线与被检测光学晶体表面平行；三、使X射线与晶体表面形成一定夹角；四、得到X射线与晶体结构发生衍射时的衍射特征谱线信息；五、重复三、四，完成对光学晶体超精密加工亚表面损伤的无损检测。本发明用于无损检测领域。

Description

一种用于光学晶体超精密加工亚表面损伤的无损检测方法
技术领域
本发明涉及超精密加工亚表面损伤的无损检测方法。
背景技术
光学晶体具有倍频效应、光电效应、压电效应、易于实现相位匹配、透光波段较宽或光学均匀性优良等特点，在信息通讯、航空航天和武器装备等尖端科学技术领域发挥着十分重要的作用。超精密加工过程导致的亚表面损伤会严重地影响光学晶体器件的使用性能和使用寿命。对光学晶体超精密加工中形成的亚表面损伤进行无损检测与评价是目前光学器件超精密加工领域的难点与热点。现有技术主要是基于某一特定的亚表面损伤形式(如微裂纹等)或对某一微小截面区域的亚表面损伤形式(如纳米压痕和纳米划痕)进行检测，检测过程往往具有破坏性，其检测结果不能全面准确地反映实际加工过程中光学晶体材料的亚表面损伤形式(如位错、高压相变、晶格扭转与压缩/拉伸变形、非晶等)。
超精密加工指加工精度为亚微米级，表面粗糙度为纳米级的加工技术。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术主要是基于某一特定的亚表面损伤形式或对某一微小截面区域的亚表面损伤形式进行检测，检测过程往往具有破坏性，其检测结果不能全面准确地反映实际加工过程中光学晶体材料的亚表面损伤形式的问题，而提出一种用于光学晶体超精密加工亚表面损伤的无损检测方法。
一种用于光学晶体超精密加工亚表面损伤的无损检测方法具体过程为：
步骤一、将被检测光学晶体置于可移动工作台上；
步骤二、调整X射线源初始位置，使X射线源产生的X射线与被检测光学晶体表面平行，同时使X射线探测器复位到初始位置；
步骤三、调整X射线源位置，使X射线源产生的X射线与被检测光学晶体表面之间形成一定夹角ω并固定；
步骤四、检测：启动X射线探测器沿圆周移动，X射线探测器探测X射线源产生的X射线与被检测光学晶体表面和亚表面结构发生衍射时的角度位置和衍射X射线的强度，记录并存储，得到夹角ω下X射线源产生的X射线与被检测光学晶体表面和亚表面损伤层晶体结构发生衍射时的衍射特征谱线信息；
步骤五、重复步骤三、步骤四得到不同夹角ω下X射线源产生的X射线与被检测光学晶体表面和亚表面损伤层晶体结构发生衍射时的衍射特征谱线信息，记录并存储，完成对光学晶体超精密加工亚表面损伤的无损检测。
本发明的有益效果为：
本发明采用非接触的X射线衍射技术进行检测，不会引入检测损伤，不影响试样在检测后的继续使用；X射线的波长短、分辨率高，能够准确全面地获得超精密加工后光学晶体亚表面损伤层的晶体结构信息，实现对不同亚表面损伤形式的识别与表征；采用不同入射角度以及通过工作台带动被测样件进行移动和转动检测，可以准确全面得到样品亚表面不同深度、不同位置以及不同位向的损伤层晶体结构信息和不同亚表面损伤形式(如位错、高压相变、晶格扭转与压缩/拉伸变形、非晶等)，实现对光学晶体超精密加工亚表面损伤层结构的全面检测。解决了现有技术主要是基于某一特定的亚表面损伤形式或对某一微小截面区域的亚表面损伤形式进行检测，检测过程往往具有破坏性，其检测结果不能全面准确地反映实际加工过程中光学晶体材料的亚表面损伤形式的问题。本发明的检测精度高，检测结果准确可靠，能够实现对光学晶体超精密加工亚表面损伤的无损检测。
图2和图3是针对某超精密加工光学晶体样品分别采用常规X射线衍射方法和采用本发明方法得到的X射线衍射特征谱信息，如图2所示，采用普通X射线衍射方法得到的衍射谱具有单晶衍射谱特征，不能反映样品经超精密加工后的亚表面损伤情况；图3所示的X射线衍射特征谱具有多晶衍射的特征，表明该光学单晶样品经超精密加工后其亚表面形成了一层厚度为微米/亚微米的多晶结构亚表面损伤，从而实现了对光学晶体超精密加工亚表面损伤的无损检测。
附图说明
图1是本发明用于光学晶体超精密加工亚表面损伤的无损检测方法系统的示意图，该系统包含位置1为可调的X射线源、2为被检测光学晶体，3为沿圆周移动的X射线探测器、4为可动样品平台；
图2为常规X射线衍射结果示意图；
图3为本发明方法X射线衍射结果示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：一种用于光学晶体超精密加工亚表面损伤的无损检测方法具体过程为：
结合图1说明本实施方式，本实施方式所述检测方法是基于包括X射线源1、X射线探测器3、可动样品台4来实现的。X射线源1能够沿以照射区域中心为圆心的圆，做角度位置调节，使得其产生的准平行X射线能以一定角度ω入射到样品2的表面。入射X射线与样品2表面之间的夹角ω可低至全反射临界角，该夹角越小则检测深度越小。样品3置于可沿X、Y方向移动和沿n方向(被测样件2表面法线方向)转动的样品台4上。X射线探测器3沿以照射区域中心为圆心的圆移动，以接收衍射X射线并记录其角度位置和衍射强度信息，获取被检测样品2表面/亚表面损伤层晶体结构的衍射特征谱信息。
步骤一、将被检测光学晶体置于可移动工作台上，被检测表面朝上；
步骤二、调整X射线源初始位置，使X射线源产生的准平行X射线与被检测光学晶体表面平行，同时使X射线探测器复位到初始位置；
步骤三、调整X射线源位置，使X射线源产生的准平行X射线与被检测光学晶体表面之间形成一定夹角ω并固定；
步骤四、检测：启动X射线探测器沿圆周移动(沿X射线和衍射X射线形成的面进行圆周移动)，如图1，X射线探测器探测X射线源产生的准平行X射线与被检测光学晶体表面和亚表面结构发生衍射时的角度位置和衍射X射线的强度，记录并存储，得到夹角ω下X射线源产生的准平行X射线与被检测光学晶体表面和亚表面损伤层晶体结构发生衍射时的衍射特征谱线信息；
步骤五、重复步骤三、步骤四得到不同夹角ω下X射线源产生的准平行X射线与被检测光学晶体表面和亚表面损伤层晶体结构发生衍射时的衍射特征谱线信息，记录并存储(将特征谱线信息存入计算机以备分析和处理)(对得到的特征谱线信息进行识别，分析过程比较复杂，要结合X射线衍射理论和不同样品的标准衍射谱特征信息进行分析，最终识别出不同的亚表面损伤形式，每一种样品的标准衍射特征谱是固定的，通过提出的检测方法，在特定的检测条件下得到的衍射特征谱信息与该样品的标准特征谱进行对比分析，得到样品的亚表面损伤情况和不同亚表面损伤形式(如位错、高压相变、晶格扭转与压缩/拉伸变形、非晶等))，完成对光学晶体超精密加工亚表面损伤的无损检测。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述X射线源产生的准平行X射线、衍射X射线和被检测光学晶体的表面法线位于同一平面内。
其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述X射线源由不同靶材产生，产生不同波长的X射线，以适应不同光学晶体表面或亚表面损伤检测的需要；
其中靶材为金属钨、铜、钴、镍、铁、银、钯、钼或钯。
其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述可移动工作台分别沿X轴、Y轴方向平移，改变X射线源产生的准平行X射线在被检测光学晶体表面上的照射区域，以获得被检测光学晶体表面不同位置亚表面损伤层晶体结构发生衍射时的衍射特征谱线信息。
其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述可移动工作台沿被检测光学晶体法线方向旋转，改变X射线源产生的准平行X射线与被检测光学晶体的相对位向关系，以获得被检测光学晶体不同位向亚表面损伤层晶体结构发生衍射时的衍射特征谱线信息。
其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
本实施例一种用于光学晶体超精密加工亚表面损伤的无损检测方法具体是按照以下步骤制备的：
图2和图3是针对某超精密加工光学晶体样品分别采用常规X射线衍射方法和采用本发明方法得到的X射线衍射特征谱信息，如图2所示，采用普通X射线衍射方法得到的衍射谱具有单晶衍射谱特征，不能反映样品经超精密加工后的亚表面损伤情况；图3所示的X射线衍射特征谱具有多晶衍射的特征，表明该光学单晶样品经超精密加工后其亚表面形成了一层厚度为微米/亚微米的多晶结构亚表面损伤，从而实现了对光学晶体超精密加工亚表面损伤的无损检测。
本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于光学晶体超精密加工亚表面损伤的无损检测方法，其特征在于：所述方法具体过程为：
步骤一、将被检测光学晶体置于可移动工作台上；
步骤二、调整X射线源初始位置，使X射线源产生的X射线与被检测光学晶体表面平行，同时使X射线探测器复位到初始位置；
步骤三、调整X射线源位置，使X射线源产生的X射线与被检测光学晶体表面之间形成一定夹角ω并固定；
步骤四、检测：启动X射线探测器沿圆周移动，X射线探测器探测X射线源产生的X射线与被检测光学晶体表面和亚表面结构发生衍射时的角度位置和衍射X射线的强度，记录并存储，得到夹角ω下X射线源产生的X射线与被检测光学晶体表面和亚表面损伤层晶体结构发生衍射时的衍射特征谱线信息；
步骤五、重复步骤三、步骤四得到不同夹角ω下X射线源产生的X射线与被检测光学晶体表面和亚表面损伤层晶体结构发生衍射时的衍射特征谱线信息，记录并存储，完成对光学晶体超精密加工亚表面损伤的无损检测。
2.根据权利要求1所述一种用于光学晶体超精密加工亚表面损伤的无损检测方法，其特征在于：所述X射线源产生的X射线、衍射X射线和被检测光学晶体的表面法线位于同一平面内。
3.根据权利要求2所述一种用于光学晶体超精密加工亚表面损伤的无损检测方法，其特征在于：所述X射线源的靶材为金属钨、铜、钴、镍、铁、银、钯、钼或钯。
4.根据权利要求3所述一种用于光学晶体超精密加工亚表面损伤的无损检测方法，其特征在于：所述可移动工作台分别沿X轴、Y轴方向平移，改变X射线源产生的X射线在被检测光学晶体表面上的照射区域，以获得被检测光学晶体表面不同位置亚表面损伤层晶体结构发生衍射时的衍射特征谱线信息。
5.根据权利要求4所述一种用于光学晶体超精密加工亚表面损伤的无损检测方法，其特征在于：所述可移动工作台沿被检测光学晶体法线方向旋转，改变X射线源产生的X射线与被检测光学晶体的相对位向关系，以获得被检测光学晶体不同位向亚表面损伤层晶体结构发生衍射时的衍射特征谱线信息。
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