基于偏振激光共聚焦的研磨石英玻璃亚表面损伤检测

白倩; 马浩; 殷景飞

doi:10.37188/OPE.20212908.1795

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基于偏振激光共聚焦的研磨石英玻璃亚表面损伤检测

现代应用光学 | 更新时间：2021-09-01

- 基于偏振激光共聚焦的研磨石英玻璃亚表面损伤检测
- Polarized laser confocal technique for subsurface damage of lapped quartz glass
- 光学精密工程 2021年29卷第8期页码：1795-1803
- 作者机构：
  
  1.大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室，辽宁大连 116024
  2.南京航空航天大学机电学院，江苏南京 210016
- 作者简介：
  
  [ "白　倩（1982-），女，山东菏泽人，博士，副教授，硕士生导师，2004年于西北工业大学获得学士学位，2012年于帝国理工学院获得博士学位，主要从事增减材复合制造、残余应力测量方法与有限元分析预测、硬脆性材料亚表面损伤检测方面的研究。E-mail：baiqian@dlut.edu.cn" ]
  [ "马　浩（1996-），男，河南焦作人，硕士研究生，2018年于河南理工大学获得学士学位，主要从事硬脆性材料亚表面损伤检测方面的研究。E-mail：1104807718@qq.com" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52105453;51575084);中国博士后科学基金特别资助项目(2020TQ0149)
- DOI：10.37188/OPE.20212908.1795
  中图分类号： TN247
- 收稿日期：2021-03-19，
  
  修回日期：2021-04-23，
  
  纸质出版日期：2021-08-15
- 稿件说明：
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白倩,马浩,殷景飞.基于偏振激光共聚焦的研磨石英玻璃亚表面损伤检测[J].光学精密工程,2021,29(08):1795-1803.

BAI Qian,MA Hao,YIN Jing-fei.Polarized laser confocal technique for subsurface damage of lapped quartz glass[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(08):1795-1803.
白倩,马浩,殷景飞.基于偏振激光共聚焦的研磨石英玻璃亚表面损伤检测[J].光学精密工程,2021,29(08):1795-1803. DOI： 10.37188/OPE.20212908.1795.

BAI Qian,MA Hao,YIN Jing-fei.Polarized laser confocal technique for subsurface damage of lapped quartz glass[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(08):1795-1803. DOI： 10.37188/OPE.20212908.1795.

摘要

石英玻璃在研磨过程中会不可避免地产生亚表面损伤，对石英玻璃亚表面损伤的检测一直是石英玻璃加工工艺优化中的热点。本文结合偏振激光散射法及激光散射共聚焦法，提出了基于偏振激光共聚焦的研磨石英玻璃亚表面损伤的无损检测方法。搭建无损检测系统，对采用不同金刚石研磨液研磨的石英玻璃亚表面损伤进行检测，并采用横截面显微有损检测法对同一批石英玻璃检测结果进行验证。对比无损和有损检测结果，亚表面损伤深度的相对误差在5%以内，亚表面裂纹构型基本一致。结果表明，偏振激光共聚焦无损检测方法可实现研磨石英玻璃亚表面损伤的定量、非破坏检测，可为后续石英玻璃的加工工艺优化提供有效的检测手段。

Abstract

Subsurface damage is generated during the lapping process of quartz glass. The detection of subsurface damage has been a research focus in the lapping process optimization of quartz glass. This study proposes a nondestructive detection method to detect the subsurface damage of lapped quartz glass. By combining the polarized laser scattering method with the confocal scattering microscopy method，a polarized laser confocal nondestructive detection method for the subsurface damage of lapped quartz glass was proposed， and a nondestructive detection system was developed. In addition， the subsurface damage of lapped quartz glass was detected， and the cross-sectional microscopic destructive method was used to verify the nondestructive detection results. The comparison results of nondestructive detection and destructive detection indicate that the relative error of subsurface damage depth is less than 5%， and the subsurface crack configuration is consistent with that of the destructive detection method. The polarized laser confocal nondestructive detection method can quantitatively detect the subsurface damage of lapped quartz glass. Thus， the study provides an effective detection method for the optimization of quartz glass processing.

关键词

Keywords

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高尚，耿宗超，吴跃勤，等 . 石英玻璃超精密磨削加工的表面完整性研究［J］. 机械工程学报， 2019 ， 55 （ 5 ）： 186 - 195 .

GAO SH ， GENG Z CH ， WU Y Q ， et al . Surface integrity of quartz glass induced by ultra-precision grinding ［J］. Journal of Mechanical Engineering ， 2019 ， 55 （ 5 ）： 186 - 195 . （in Chinese）

ZHANG W ， ZHU J Q . Subsurface damage of Nd-doped phosphate glasses in optical fabrication ［J］. Optik ， 2008 ， 119 （ 15 ）： 738 - 741 .

吴沿鹏 . 光学元件磨抛加工亚表面损伤分析与检测技术研究［D］. 厦门：厦门大学， 2014 ： 1 - 2 .

WU Y P . Research on Subsurface Damage Analysis and Detection Technology of Optical Element After Grinding and Polishing ［D］. Xiamen ： Xiamen University ， 2014 ： 1 - 2 . （in Chinese）

朱永伟，李信路，王占奎，等 . 光学硬脆材料固结磨料研磨中的亚表面损伤预测［J］. 光学精密工程， 2017 ， 25 （ 2 ）： 367 - 374 .

ZHU Y W ， LI X L ， WANG ZH K ， et al . Subsurface damage prediction for optical hard-brittle material in fixed abrasive lapping ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2017 ， 25 （ 2 ）： 367 - 374 . （in Chinese）

周明，黄铖，赵培轶，等 . 光学玻璃超声振动磨削亚表面损伤的试验研究［J］. 工具技术， 2017 ， 51 （ 7 ）： 15 - 19 .

ZHOU M ， HUANG CH ， ZHAO P Y ， et al . Experimental investigation on subsurface damages in ultrasonic assisted grinding of optical glass ［J］. Tool Engineering ， 2017 ， 51 （ 7 ）： 15 - 19 . （in Chinese）

RANDI J A ， LAMBROPOULOS J C ， JACOBS S D . Subsurface damage in some single crystalline optical materials ［J］. Applied Optics ， 2005 ， 44 （ 12 ）： 2241 - 2249 .

NEAUPORT J ， AMBARD C ， CORMONT P ， et al . Subsurface damage measurement of ground fused silica parts by HF etching techniques ［J］. Optics Express ， 2009 ， 17 （ 22 ）： 20448 - 20456 .

王华东，张泰华 . 光学材料亚表面损伤的表征与检测技术的研究进展［J］. 激光与光电子学进展， 2017 ， 54 （ 10 ）： 31 - 42 .

WANG H D ， ZHANG T H . Research progresses on characterization and detection technology of subsurface damages in optical materials ［J］. Laser & Optoelectronics Progress ， 2017 ， 54 （ 10 ）： 31 - 42 . （in Chinese）

李庆鹏，白倩，张璧 . 偏振激光散射检测单晶硅片磨削后的亚表面微裂纹［J］. 金刚石与磨料磨具工程， 2020 ， 40 （ 4 ）： 87 - 92 .

LI Q P ， BAI Q ， ZHANG B . Detection of subsurface microcracks after grinding of single crystal silicon wafer by polarized laser scattering ［J］. Diamond & Abrasives Engineering ， 2020 ， 40 （ 4 ）： 87 - 92 . （in Chinese）

HERFFURTH T , SCHRÖDER S , TROST M , et al . Light scattering to detect imperfections relevant for laser-induced damage [C]. Laser-Induced Damage in Optical Materials : 2012 . International Society for Optics and Photonics , 2012, 8530 : 85301B .

WANG R K ， TUCHIN V V . Optical Coherence Tomography ： Light Scattering and Imaging Enhancement ［M］. Handbook of Coherent-Domain Optical Methods. New York ， NY： Springer New York ， 2012 ： 665 - 742 .

MA B ， SHEN Z X ， HE P F ， et al . Detection of subsurface defects of fused silica optics by confocal scattering microscopy ［J］. Chinese Optics Letters ， 2010 ， 8 （ 3 ）： 296 - 299 .

田爱玲，王会婷，党娟娟，等 . 抛光表面的亚表层损伤检测方法研究［J］. 光子学报， 2013 ， 42 （ 2 ）： 214 - 218 .

TIAN A L ， WANG H T ， DANG J J ， et al . A novel method for subsurface damage measurement of optical components ［J］. Acta Photonica Sinica ， 2013 ， 42 （ 2 ）： 214 - 218 . （in Chinese）

许逸轩，蒋正东，王华林，等 . 亚表面损伤深度测量的理论研究与实验分析［J］. 激光与光电子学进展， 2016 ， 53 （ 11 ）： 193 - 200 .

XU Y X ， JIANG ZH D ， WANG H L ， et al . Theoretical research and experimental analysis on the depth measurement of subsurface damage ［J］. Laser & Optoelectronics Progress ， 2016 ， 53 （ 11 ）： 193 - 200 . （in Chinese）

YIN J F ， BAI Q ， ZHANG B . Methods for detection of subsurface damage： a review ［J］. Chinese Journal of Mechanical Engineering ， 2018 ， 31 （ 1 ）： 1 - 14 .

张宝安，包蕾，朱健强 . 抛光粉颗粒度对高功率激光玻璃材料抛光效率和粗糙度的影响［J］. 光学学报， 2009 ， 29 （ 7 ）： 1905 - 1911 .

ZHANG B A ， BAO L ， ZHU J Q . Influence of slurry particle size on materials removal rate and roughness in high power laser glass material polishing ［J］. Acta Optica Sinica ， 2009 ， 29 （ 7 ）： 1905 - 1911 . （in Chinese）

阎秋生，李基松，潘继生 . 熔融石英玻璃衬底的平面研磨加工实验研究［J］. 金刚石与磨料磨具工程， 2019 ， 39 （ 1 ）： 60 - 65 .

YAN Q SH ， LI J SH ， PAN J SH . Experimental research on plane lapping of fused silica glass substrate ［J］. Diamond & Abrasives Engineering ， 2019 ， 39 （ 1 ）： 60 - 65 . （in Chinese）

ZHANG J M ， SUN J G ， PEI Z J . Application of laser scattering on detection of subsurface damage in silicon wafers ［C］. Proceedings of ASME 2003 International Mechanical Engineering Congress and Exposition ， 1521，2003 ， Washington， DC， USA . 2008 ： 15 - 24 .

YIN J F ， BAI Q ， ZHANG B . Subsurface damage detection on ground silicon wafers using polarized laser scattering ［J］. Journal of Manufacturing Science and Engineering ， 2019 ， 141 （ 10 ）： 1 .

ZHANG J . Laser Scattering Techniques For Subsurface Damage Measurements: System Development, Experimental Investigation, And Theoretical Analysis [M]. Kansas State University , 2006 .

肖海东，吴永前 . 共聚焦激光扫描显微系统光学设计［J］. 光学仪器， 2018 ， 40 （ 6 ）： 65 - 74 .

XIAO H D ， WU Y Q . Optical design of confocal laser scanning microscope system ［J］. Optical Instruments ， 2018 ， 40 （ 6 ）： 65 - 74 . （in Chinese）

王卓，吴宇列，戴一帆，等 . 光学材料研磨亚表面损伤的快速检测及其影响规律［J］. 光学精密工程， 2008 ， 16 （ 1 ）： 16 - 21 .

WANG ZH ， WU Y L ， DAI Y F ， et al . Rapid detection of subsurface damage of optical materials in lapping process and its influence regularity ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2008 ， 16 （ 1 ）： 16 - 21 . （in Chinese）

田爱玲，田玉珺，王春慧，等 . 聚焦光在亚表面损伤介质中的散射特性［J］. 强激光与粒子束， 2014 ， 26 （ 9 ）： 121 - 127 .

TIAN A L ， TIAN Y J ， WANG CH H ， et al . Scattering characteristics of focused light beam in medium with subsurface damage ［J］. High Power Laser and Particle Beams ， 2014 ， 26 （ 9 ）： 121 - 127 . （in Chinese）

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