光學鏡片作為信息化世界的“眼睛”,在特種光學領(lǐng)域和民用光學領(lǐng)域，經(jīng)過近幾年的快速發(fā)展，形成了較大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。在特種光學領(lǐng)域，近年來，國家對空間光學系統(tǒng)高時間分辨率、高空間分辨率、高光譜分辨率、寬地面覆蓋等方面的迫切需求，空間光學系統(tǒng)正朝著大口徑、長焦距、大視場、高精度等方向發(fā)展，在我國航天事業(yè)高速發(fā)展的大背景下，空間光學進入了新時代。在民用光學領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等前沿技術(shù)在智慧交通、智能安防等領(lǐng)域的快速崛起，催生出國民經(jīng)濟各領(lǐng)域?qū)鈱W鏡頭的巨大市場需求。光學鏡片在接觸式加工過程中，表面不可避免地受到外力施壓，造成表面劃痕和亞表面微裂紋等缺陷。這些缺陷的離散不規(guī)則微觀結(jié)構(gòu)使得部分入射光偏離預期方向形成雜散光。在大功率激光系統(tǒng)中，雜散光使得元件局部能量吸收不均而超過激光損傷閾值，造成元件破壞。對于精密光學系統(tǒng)，雜散光極大降低了系統(tǒng)信噪比，嚴重影響系統(tǒng)性能。因此，有效對光學元件表面及亞表面損傷進行檢測，最好在加工階段對其控制具有明顯產(chǎn)業(yè)價值。針對光學鏡片的亞表面缺陷檢測，目前較為廣泛認可和應(yīng)用的無損檢測技術(shù)包括光學相干檢測法、激光共聚焦顯微檢測法、激光共聚焦熒光顯微鏡技術(shù)、激光散射技術(shù)、全內(nèi)反射強度檢測法等。其中，光學相干檢測法具有以下兩個優(yōu)勢：其一，建立起了結(jié)構(gòu)信息與光信號(波長、相位)之間嚴格的數(shù)學關(guān)系模型，從原理上保證了極高的檢測精度；其二，探測軸上的信息被同步調(diào)制到干涉光譜上，可同時實現(xiàn)軸向的探測而無需軸向掃描，相比于傳統(tǒng)單點探測，檢測速度得到了質(zhì)的提升。光學相干檢測法已成為一種適用于光學鏡片亞表面缺陷高精度、高效率的三維層析成像式檢測方法，并逐漸發(fā)展成熟。隨著技術(shù)的不斷成熟，光學相干檢測系統(tǒng)分辨率和測量效率度不斷提升，在光學鏡片亞表面缺陷的檢測應(yīng)用越來越廣泛。例如，福建福光股份有限公司使用該設(shè)備進行大口徑光學元件的亞表面缺陷檢測，并根據(jù)檢測數(shù)據(jù)反饋控制元件研磨工藝，提升鏡片加工質(zhì)量。該方法對提升光學元件廠商的產(chǎn)品質(zhì)量，增強產(chǎn)品競爭力具有較大意義，具有推廣全行業(yè)應(yīng)用的價值。然而，目前國內(nèi)尚無針對光學鏡片亞表面缺陷光學相干檢測方法的操作流程規(guī)范與測量結(jié)果評價標準。甚至國內(nèi)尚無針對光學鏡片亞表面缺陷的相關(guān)標準，嚴重制約了光學鏡片產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)靠。(一)任務(wù)來源本標準基于福州大學和福建福光股份有限公司承擔的福建省科技重大專項——超精密光學元件亞表面缺陷原位測量技術(shù)(項目編號：2022HZ0108)研究共同起草。(二)主要工作過程本標準經(jīng)過前期對目前市場上現(xiàn)有的光學元件疵病測量設(shè)備以及主流亞表(三)編寫組成員及其所做的主要工作姓名1鐘舜聰2張秋坤實驗驗證與編寫標準3收集資料與編寫標準4何文波福建福光股份有限公司5肖維軍福建福光股份有限公司6廈門市計量檢定測試院(一)標準編制原則(1)制定本文件時主要參考了企業(yè)內(nèi)部的檢測項目和指標，在尊重科學、親身實踐、廣泛征求意見及調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，緊貼光學鏡片亞表面缺陷實際情況、實驗室檢測水平和驗證試驗結(jié)果進行編制。(2)與相關(guān)法律、法規(guī)等協(xié)調(diào)一致。(3)根據(jù)生產(chǎn)實際和應(yīng)用需求，確?；緟?shù)、技術(shù)要求適用于我國企業(yè)的實施和應(yīng)用。(4)對標準的結(jié)構(gòu)、格式和表達方式等按GB/T1.1-2020《標準化工作導則第1部分：標準的結(jié)構(gòu)和編寫規(guī)則》等基礎(chǔ)標準作為標準化指導文件，使標準規(guī)范化。(二)標準主要內(nèi)容標準工作討論稿的內(nèi)容包括：光學相干法的術(shù)語和定義、產(chǎn)品分類、技術(shù)要求、檢測方法、數(shù)據(jù)結(jié)果處理、測量報告。本文件適用于本文件適用于用光學相干法進行光學鏡片的亞表面缺陷檢測。(三)解決的主要問題光學鏡片加工過程中產(chǎn)生的亞表面微缺陷，容易致使成品鏡片產(chǎn)生雜散光和降低激光損傷閾值等危害。對光學鏡片進行亞表面缺陷檢測是高品質(zhì)鏡片的生產(chǎn)的重要保障。其中，光學相干檢測法以其高精度和高檢測效率，是解決光學鏡片亞表面缺陷的最佳方法之一。制定光學鏡片亞表面缺陷檢測光學相干法標準可解決以下問題：(1)填補行業(yè)空白：目前國內(nèi)外尚未發(fā)行專門用于光學鏡片亞表面缺陷檢測的方法標準，對因亞表面缺陷造成的產(chǎn)品質(zhì)量問題缺乏技術(shù)和評價的統(tǒng)一權(quán)威，給上下游企業(yè)生產(chǎn)造成一定困擾。(2)突破現(xiàn)有標準局限：現(xiàn)有關(guān)于光學鏡片瑕疵的標準僅聚焦于表面疵病，本標準的編制豐富了光學鏡片疵病的評價手段和方法，可推動光學鏡片行業(yè)的發(fā)展進步。(一)主要試驗分析為充分驗證光學相干法測光學元件亞表面缺陷的特性，如圖1所示，設(shè)計研制面式光學相干層析測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)由光源模塊、探測器模塊、探測光路、參鏡架上。實驗房間為恒溫恒濕的光學無塵間中，室溫控樣品探測光路樣品分束光源模塊圖1面式光學相干檢測系統(tǒng)nm;b)最大檢測深度大于2000μm;c)缺陷的深度定位精度優(yōu)于5nm。指標參準確度等級測量范圍型號規(guī)格證書編號校準日期準確度等級測量范圍型號規(guī)格證書編號校準日期a)測試樣板分離，對應(yīng)該周期柵條的線寬對應(yīng)為系統(tǒng)橫向分辨率。二(a)線距標準樣板示意圖(b)橫向分辨率測試圖2橫向分辨率檢測圖2最大檢測深度a)測試設(shè)備設(shè)備名稱測量范圍儀器編號證書編號有效期電感粗糙度輪萬能工具顯微鏡將10nm臺階標準樣板放置于面域顯微掃頻光學相干層析系統(tǒng)載物臺上，移動載物臺使得10nm臺階標準樣板處于系統(tǒng)的物鏡視場范圍內(nèi)。通過面域顯微掃頻光學相干層析系統(tǒng)掃描臺階樣板高度，重復測量3次，取3次測量結(jié)果的平均值作為測量結(jié)果。圖3臺階歸圖紙及校準3缺陷的深度定位精度a)測試樣板標準器準確度等級測量范圍型號規(guī)格證書編號校準日期臺階高度最大深度檢測標準件為臺階規(guī)，采用先溯源后檢測校準的方法進行測試。本將臺階規(guī)放置于面域顯微掃頻光學相干層析系統(tǒng)載物2mm臺階置于面域顯微掃頻光學相干層析系統(tǒng)的物鏡視場下方。通過面域顯微掃頻光學相干層析系統(tǒng)掃描臺階樣板中的高面與低面的差值作為本次檢測的結(jié)果。三三三三400μm三三(a)臺階高度樣板示意圖(b)定位精度測試圖4定位精度檢測圖測量系統(tǒng)采用100倍物鏡，管鏡焦距80mm(0.25X),高速相機像素尺寸為分辨率△為：樣品材質(zhì)為K9無色玻璃，查詢無色光學玻璃材料(GB/T903-2019附錄B)1.54629、1.55865和1.57025。由于系統(tǒng)工作波段為480-650nm,取其中心波長為565nm,則群折射率可取值為1.5645。系統(tǒng)縱向分辨率為初始分辨率除以群折a)將鏡片放置在調(diào)整臺上，使得待測鏡片b)打開測量系統(tǒng)，將掃頻光源組件設(shè)置為非掃頻模式，調(diào)整樣有圖片中最亮的圖片最強信號小于滿量程1/3或過曝干涉信號圖片的最大值達滿量程的1/2~2d)將掃頻光源切換為掃頻模式，設(shè)置掃頻速率和高速相機采集幀率，開始處理，含亞表面缺陷的三維缺陷圖像形態(tài)學處理后結(jié)果如果6所示斷取其中某個缺陷結(jié)果，如圖7所示。缺陷在XZ、YZ平面的投影分別如圖8(a)、(b)所示。缺陷在XY平面的投影如圖9所示。通過計數(shù)獲得三維像素點數(shù)為65像素，在Z方向的投影長度8個像素，在XY平面的投影面積32像素，鏡面的位置深度為3,裂紋的位置深度從8到16。因此該缺陷的體積V、缺陷深度尺寸L、缺陷深度位置D、缺陷橫向面積S=N*△B2=32*(0.225μm)2=1.圖6含缺陷局部圖像形態(tài)學處理結(jié)果Y2SiceCrientat圖7單個缺陷的三維結(jié)果顯示55圖8(a)缺陷在XZ平面投影圖9圖像在XY