光學(xué)元件表面缺陷的類型與危害

光學(xué)元件表面面形誤差和表面粗糙度的檢測是光學(xué)檢測技術(shù)研究領(lǐng)域的重點(diǎn)，由于光學(xué)元件表面質(zhì)量的好壞直接影響整個光學(xué)系統(tǒng)的性能，所以想要使光學(xué)儀器設(shè)備能更高效地工作，不僅在加工時需要注意光學(xué)元件的表面質(zhì)量，而且對成品元件的檢測工作也不能忽視。

2021-09-13 15:07:05上海申菲激光光學(xué)系統(tǒng)有限公司

光學(xué)元件表面面形誤差和表面粗糙度的檢測是光學(xué)檢測技術(shù)研究領(lǐng)域的重點(diǎn)，由于光學(xué)元件表面質(zhì)量的好壞直接影響整個光學(xué)系統(tǒng)的性能，所以想要使光學(xué)儀器設(shè)備能更高效地工作，不僅在加工時需要注意光學(xué)元件的表面質(zhì)量，而且對成品元件的檢測工作也不能忽視。因此，光學(xué)元件表面缺陷檢測將成為一項重要而持久的研究課題。

表面缺陷類型

所謂的光學(xué)元件表面缺陷，主要是指表面疵病和表面污染物。表面疵病是指拋光加工后的光學(xué)元件表面依然存在的麻點(diǎn)、劃痕、開口氣泡、破邊、破點(diǎn)等各種加工缺陷，產(chǎn)生的原因主要是加工過程或后續(xù)的不當(dāng)操作。下圖所示為四種疵病的大致形狀。

劃痕指光學(xué)元件表面長條形的劃傷痕跡。由劃痕長度的不同，可以分為長劃痕和短劃痕，以 2 m m 為界限，若劃痕長度大于2 m m 屬于長劃痕，小于 2 m m則是短劃痕。對于短劃痕，評價標(biāo)準(zhǔn)是其檢測時的累積長度。相對而言，劃痕較麻點(diǎn)等缺陷更容易檢測出。

麻點(diǎn)指光學(xué)元件表面上的陷坑、蝕坑、疵點(diǎn)，其坑內(nèi)的表面粗糙度較大，寬度與深度大致相同，邊緣也不規(guī)則。一般情況下，規(guī)定長寬比大于4 :1 的缺陷為劃痕，反之小于 4 :1 的缺陷為麻點(diǎn)。

氣泡是由光學(xué)元件的生產(chǎn)或加工過程中未及時排除的氣體所形成的，由于各方向氣體的壓力均勻分布，所以氣泡的形狀一般呈圓球形。

破邊是指出現(xiàn)在光學(xué)元件邊緣的疵病，雖然處于光源有效區(qū)域之外，但是也屬于光的散射源，對光學(xué)性能也會產(chǎn)生一定的影響，所以也屬于疵病范疇。

表面疵病的危害

表面疵病作為一種加工過程中人為造成的微觀局部缺陷，對光學(xué)元件的表面性能有著一定的影響，從而有可能造成光學(xué)儀器運(yùn)行錯誤等嚴(yán)重的后果。

總之，光學(xué)元件的表面疵病會對光學(xué)系統(tǒng)性能產(chǎn)生危害，其根本原因在于光的散射特性。光學(xué)元件表面缺陷對于自身以及整個光學(xué)系統(tǒng)的危害表現(xiàn)在以下幾個方面：

1，光束的質(zhì)量下降。

元件表面缺陷處會產(chǎn)生光的散射效應(yīng)，使得光束在通過缺陷后能量被大量消耗，從而降低了光束的質(zhì)量。

2，缺陷的熱效應(yīng)現(xiàn)象。

由于表面缺陷所處區(qū)域比其他區(qū)域容易吸收更多的能量，產(chǎn)生的熱效應(yīng)現(xiàn)象可能會使元件疵病發(fā)生局部變形、破壞膜層等，進(jìn)而危害整個光學(xué)系統(tǒng)。

3，損壞所處系統(tǒng)中其他光學(xué)元件。

激光系統(tǒng)中，在高能激光束的照射下，元件表面疵病產(chǎn)生的散射光會被系統(tǒng)內(nèi)的其他光學(xué)元件吸收，從而造成元件的受光不均勻，當(dāng)達(dá)到光學(xué)元件材料的損傷閥值時，會使傳播光線的質(zhì)量受到影響，光學(xué)元件損壞，更有可能造成光學(xué)系統(tǒng)被嚴(yán)重的破壞。

4，疵病會影響視場清潔。

當(dāng)光學(xué)元件上有過多的疵病時，會影響微觀的美觀度，另外，疵病還會殘留微小的灰塵、微生物、拋光粉等雜質(zhì)，這將造成元件被腐蝕、生霉、生霧，會明顯影響元件的基本性能。