随着现代光学产业的快速发展,光学元件广泛应用到各种高新技术行业,尤其是熔石英光学元件在航天航空、天文等领域有大量的需求。作为一种硬脆材料,熔石英光学元件在研磨加工过程中会引入亚表面损伤,导致元件的成像质量和使用寿命等性能降低。因此,为指导后期损伤去除,提高元件性能,本文研究了基于量子点限制效应的光学元件亚表面损伤检测技术。主要研究内容如下:1)为提高量子点对光学元件亚表面损伤标记效果,从量子点发光原理出发,结合量子限制效应,研究了Cd Se/Zn S、In P/Zn S、Cd Se、Cu In S2/Zn S、C量子点荧光特性,根据研究结果选择了荧光发射波长544nm Cd Se/Zn S量子点作为亚表面损伤荧光标记物;在研究量子点荧光显微成像原理基础上,构建并标定了光学元件亚表面损伤荧光检测系统;使用该系统对添加量子点和不添加量子点的光学元件进行检测,结果表明添加Cd Se/Zn S量子点可增强损伤荧光强度,提高了亚表面损伤标记效果。2)从光学元件亚表面损伤产生机理出发,分析了亚表面损伤的结构,研究了量子点与光学元件的作用机理,通过量子点标记亚表面损伤实验明确了量子点标记亚表面损伤的条件;基于米氏散射理论、时域有限差分法和平面电磁波理论,仿真研究了Cd Se/Zn S量子点荧光特性与亚表面损伤的关联关系,结果表明,Cd Se/Zn S量子点荧光电磁场强度随着亚表面裂纹宽度的增加而增强、随着亚表面裂纹深度增加而减弱,亚表面损伤深度比裂纹宽度对量子点荧光电磁场强度影响更大,且量子点荧光电磁场强度在亚表面损伤最深处出现了明显的拐点。仿真结果明确了量子点荧光特性与亚表面损伤深度的关系,有助于实现亚表面损伤无损检测。3)为验证量子点荧光特性与亚表面损伤的关联关系,基于亚表面损伤荧光检测系统研究了Cd Se/Zn S量子点的水溶性、油溶性、浓度与磨料粒径对亚表面损伤标记效果的影响,发现在研磨过程中使用浓度为2nmol/ml的水溶性量子点、粗磨粒径W40、精磨粒径W7加工时,亚表面损伤标记效果最好;利用激光共聚焦显微镜对熔石英光学元件进行层析扫描并获得了不同深度下的亚表面损伤荧光图像,为实现荧光图像中亚表面损伤区域荧光强度的提取,提出了基于Python-Open CV的荧光图像强度处理技术,绘制了层析深度-荧光强度曲线,分析该曲线与仿真曲线的变化关系,发现两种曲线变化趋势一致且均在亚表面损伤最深处出现明显拐点,证明了量子点荧光特性与亚表面损伤关联关系可指导激光共聚焦层析过程,避免了无效数据采集;使用恒定化学蚀刻速率法检测同一批元件的亚表面损伤深度,蚀刻深度在7.5μm-8.3μm范围内,两种结果的相对误差在5%以内,验证了层析检测结果的准确性。