本发明涉及一种基于红外显微数字全息的磷锗锌晶体缺陷检测装置及方法，属于红外数字全息。
背景技术：
1、磷锗锌晶体是一种属于黄铜矿的半导体光学晶体，其具有红外透过波段宽、光损伤阈值高、非线性光学系数大的特点，具有很好的中红外透过率，被认为是迄今为止中红外非线性光学晶体中性能最优者之一，还是一种综合性能优异的红外非线性晶体，可作为光参量振荡、光参量放大、二次谐波等非线性介质晶体，这些特性使其在光学器件具有十分广阔的发展前景。
2、在磷锗锌晶体材料制备过程中不可避免地会产生局部成分变化，从而导致内部体积缺陷，这些缺陷对晶体的性能产生一定的影响，这种缺陷的典型尺寸可达到几十微米。此外，磷锗锌晶体具有脆性大，硬度高的特点，也使其在加工过程中易出现表面凹坑、裂纹、断裂等情况，在加工过程中的载荷也会使晶体发生形变而使晶体的力学性能发生退化，这些缺陷对晶体的性能产生了极大的影响。
3、已有的检测其内部缺陷的方法有x射线形貌术，但x射线对人体有害，不适于实质性检测需要；纳米压痕法是有效的检测其形变、表面凹坑、裂纹、断裂的方法，但此方法需要接触晶体表面；此外，还有光弹法可以检测其因内部形变产生的应力，但检测精度不高。
4、光学全息方法是一种高精度，非接触式无损的检测方法。但可见光波段无法透过磷锗锌晶体材料，无法使用可见光全息方法实现对其缺陷的检测。
技术实现思路
1、针对上述现有技术的缺点，本发明提供一种基于红外显微数字全息的磷锗锌晶体缺陷及检测装置及方法，利用磷锗锌晶体在中红外光波段(3000-4000nm)具有较高透过率的特性，结合红外显微数字全息技术，使用滤波再现及相位重建方法，拍摄红外数字全息图并重建其相位信息，即可得到磷锗锌晶体材料的缺陷信息及所受载荷发生形变的分布情况。本发明充分利用了磷锗锌晶体可透中红外激光的特性，并与高精度、无损的全息测量方法相结合，能有效的弥补现有方法的不足。
2、为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：
3、一种基于红外显微数字全息的磷锗锌晶体缺陷检测装置，包括外层保护壳，外层保护壳内设有红外激光器，分光棱镜i、分光棱镜ii、衰减片i、衰减片ii、全反镜i、全反镜ii、扩束镜、针孔滤波器、傅里叶透镜i、傅里叶透镜ii、红外窗口i、红外窗口ii、显微镜、红外图像传感器、电驱滑轨i、电驱滑轨ii、计算机；
4、红外激光器发出激光源，经过分光棱镜i分为两束激光，第一束经分光棱镜i反射，经过衰减片i后光强被调制到合适值，再经过扩束镜、针孔滤波器滤波后变为发散球面光波，经傅里叶透镜i后成为平行光，该平行光束到达全反镜i后被反射到达分光棱镜ii，称为参考光束；
5、第二束光透过分光棱镜i，到达全反镜ii后被反射，透过红外窗口i，透射放置于红外窗口i与红外窗口ii之间的待测磷锗锌晶体，透射光束被带有缺陷的磷锗锌晶体调制，携带缺陷或形变的相位信息，再透过红外窗口ii，到达显微镜后变为球面波，而后经过傅里叶透镜ii变为平行光束，之后到达分光棱镜ii，称为物光束。
6、参考光束经分光棱镜ii反射到达红外图像传感器，物光束透过分光棱镜ii到达红外图像传感器，两光束在分光棱镜ii上相遇并发生干涉得到全息图，全息图被红外图像传感器接收并记录；红外图像传感器与计算机连接，所记录的全息图保存在计算机，并由计算机完成全息图滤波再现及相位重建。
7、优选的：
8、所述红外激光器的型号为：rn-mir-3900～4800nm/1～2000mw红外激光器作为光源，或其他波长不低于3000nm的红外激光源，并处于磷锗锌晶体透射率较高波段，同时调整功率在200mw附近。
9、所述傅里叶透镜i、傅里叶透镜ii为锗透镜、玻璃透镜或硒化锌透镜中任一种。
10、显微镜为红外光学显微物镜,其工作距为160mm，放大倍率在5-40倍；
11、所述分光棱镜i、分光棱镜ⅱ为锗棱镜、硅棱镜或玻璃棱镜中任一种；其中分光棱镜i，分光棱镜ⅱ的分光比为1:1或1：2。
12、所述红外窗口i、红外窗口ii安装硅滤光片、硒化锌滤光片或透红外线玻璃中的一种，红外窗口i、红外窗口ii只允许通过红外光，避免杂散光的干扰，红外窗口i、红外窗口ii之间用于放置待测磷锗锌晶体。
13、所述红外图像传感器为红外ccd图像传感器或红外热成像仪，感应波段包含红外激光器工作波段，用于红外数字全息图的记录。
14、所述红外图像传感器可在电驱滑轨i、电驱滑轨ii上左右滑动，以达到最优图像采集距离，获得最优记录距离红外数字全息图。
15、所述外层保护壳内壁为黑色，能吸收额外干扰图像采集的杂散光，保证成像质量。
16、所述计算机用于储存并处理红外全息图，包括滤波、再现及相位重建。
17、本方案还提供一种基于红外显微数字全息的磷锗锌晶体缺陷检测方法，所述方法包括以下步骤：
18、s1：打开红外激光器，保证在红外图像传感器上能接收到红外全息图；
19、s2：将待测磷锗锌晶体放入红外窗口i、红外窗口ii之间的晶体缺陷检测区域，保证激光束透过待测磷锗锌晶体；
20、s3：调整衰减片i和衰减片ii使红外图像传感器接收到的物光束及参考光束光强比接近1:1，进一步调整红外图像传感器，使其在电驱滑轨i、电驱滑轨ii上移动并找到最佳干涉成像位置；
21、s4：保证待测磷锗锌晶体的稳定，使用红外图像传感器采集分光棱镜ii上干涉得到的红外全息图，并保存到计算机，保存的全息图称为红外数字全息图；
22、s5：使用计算机处理红外数字全息图，对其进行滤波再现；
23、s6：求取再现光场的相位，并进行解包裹处理，得到解包裹相位；
24、s7：解包裹相位的横向、纵向尺寸即为缺陷经过放大后的尺寸x及y，根据缺陷的真实尺寸与放大率的关系计算缺陷的真实平面尺寸；
25、s8：得到解包裹相位的三维信息，根据相位与深度的对应关系，计算缺陷的深度尺寸。
26、本发明通过调节红外图像传感器与待测磷锗锌晶体之间的距离找到不同成像距离的清晰像，可以获得不同深度的物光束，形成带有不同深度相位信息的全息图，实现不同深度缺陷的检测。借助数字全息重建相位的三维分布，能更加精确的检测磷锗锌晶体的缺陷。
27、进一步的，在磷锗锌晶体上施加一微小载荷，重复执行两次s3-s5，即能够得到两张施加载荷前后的红外数字全息图及其再现光场，将两次再现光场相除，得到两者的相位差分布；再次执行s6，得到施加载荷前后晶体发生的微小形变。
28、进一步的，红外图像传感器记录的红外数字全息图有明显噪声时，在频率域采用滤波处理，或对全息图进行滤波处理，消除中央零级噪声的影响。
29、进一步的，全息图重建方法用角谱法或卷积法或傅里叶变换法。
30、进一步的，所述的解包裹方法为最小二乘解包裹法或其他路径无关相位解包裹方法。
31、进一步的，将待测磷锗锌晶体放置于红外窗口i、红外窗口ii之间的测量区域并改变红外光束的透过位置，执行s3-s8得到不同位置的缺陷信息。
32、进一步的，将待测磷锗锌晶体放置于红外窗口i、红外窗口ii之间的测量区域并对其施加载荷，调整施加载荷的大小，执行s3-s6，再求光场的相位的差异即能够得到不同载荷下的形变情况。
33、与现有技术相比，本发明具有以下优点:
34、(1)本发明将红外显微数字全息技术应用于磷锗锌晶体的缺陷检测，使用透射式红外全息技术，能够检测磷锗锌晶体的深度缺陷信息，此外，由于数字全息的高精度，使得检测精度达到了亚微米量级。
35、(2)本发明所述的一种基于红外显微数字全息的磷锗锌晶体缺陷检测装置使用红外波段作为检测磷锗锌晶体缺陷的波源，由于其较可见光而言更长，其抗干扰、抗震能力更强，保证了检测的稳定性。
36、(3)本发明所述的一种基于红外显微数字全息的磷锗锌晶体缺陷检测方法，能分别检测磷锗锌晶体的不同位置缺陷以及施加不同载荷后的形变情况，从而使该装置能适用于多种缺陷的检测。
37、(4)本发明所述的一种基于红外显微数字全息的磷锗锌晶体缺陷检测装置，使用外层保护壳1隔绝外部杂散光及可见光，且红外窗口i、红外窗口ii只允许所用红外激光器波段范围通过，避免了多种噪声对重建相位的影响，提高了检测精度。
38、(5)本发明所述的一种基于红外显微数字全息的磷锗锌晶体缺陷检测方法，使用重建三维相位确定缺陷的位置及大小、形变的分布，由于重建方法简单，能更快速准确的得到缺陷的信息。
1.基于红外显微数字全息的磷锗锌晶体缺陷检测装置，其特征在于：包括外层保护壳(18)，外层保护壳(18)内设有红外激光器(1)，分光棱镜i(2)、分光棱镜ii(12)、衰减片i(3)、衰减片ii(4)、全反镜i(6)、全反镜ii(13)、扩束镜i(5)、针孔滤波器(9)、傅里叶透镜i(10)，傅里叶透镜ii(19)，红外窗口i(7)，红外窗口ii(8)，显微镜(11)、红外图像传感器(14)、电驱滑轨i(15)、电驱滑轨ii(16)、计算机(17)；
2.根据权利要求1所述基于红外显微数字全息的磷锗锌晶体缺陷检测装置，其特征在于：所述红外激光器(1)的型号为：rn-mir-3900～4800/1～2000mw红外激光器(1)作为检测光源，其波长不低于3000nm，并处于可透射磷锗锌晶体波段。
3.基于红外显微数字全息的磷锗锌晶体缺陷检测方法，其特征在于，采用权利要求1或2所述的红外显微数字全息的磷锗锌晶体缺陷检测装置，检测方法包括以下步骤:
4.根据权利要求3所述的基于红外显微数字全息的磷锗锌晶体缺陷检测方法，其特征在于：在磷锗锌晶体上施加载荷，重复执行两次s3-s5，即能够得到两张施加载荷前后的红外数字全息图及其再现光场，将两次再现光场相除，得到两者的相位差分布；再次执行s6，得到施加载荷前后晶体发生的微小形变。
5.根据权利要求3所述的基于红外显微数字全息的磷锗锌晶体缺陷检测方法，其特征在于：红外图像传感器(14)记录的红外数字全息图有明显噪声时，在频率域采用滤波处理，或对全息图进行滤波处理，消除中央零级噪声的影响。
6.根据权利要求3所述的基于红外显微数字全息的磷锗锌晶体缺陷检测方法，其特征在于：全息图重建方法用角谱法或卷积法或傅里叶变换法。
7.根据权利要求3所述的基于红外显微数字全息的磷锗锌晶体缺陷检测方法，其特征在于：所述的解包裹方法为最小二乘解包裹法或其他路径无关相位解包裹方法。
8.根据权利要求3所述的基于红外显微数字全息的磷锗锌晶体缺陷检测方法，其特征在于：将待测磷锗锌晶体放置于红外窗口i(7)、红外窗口ii(8)之间的测量区域并改变红外光束的透过位置，执行s3-s8得到不同位置的缺陷信息。
9.根据权利要求3所述的基于红外显微数字全息的磷锗锌晶体缺陷检测方法，其特征在于：将待测磷锗锌晶体放置于红外窗口i(7)、红外窗口ii(8)之间的测量区域并对其施加载荷，调整施加载荷的大小，执行s3-s6，再求光场的相位的差异即能够得到不同载荷下的形变情况。
