KDP（KH₂PO₄,磷酸二氢钾）晶体具有优良的非线性光学性能和较高的激光损伤阈值,是目前唯一可作为惯性约束核聚变装置（ICF）等高功率激光系统中倍频元件和电光调制元件的材料。KDP晶体加工过程中,磁流变抛光基液以油膜形式吸附在晶体表面难以完全去除,残留油膜对晶体表面质量和光学性能有严重影响。研究KDP晶体抛光清洗后表面残留基液油膜检测技术,对晶体表面质量评价和指导清洗过程具有重要意义。本文围绕KDP晶体抛光清洗后表面残留基液油膜的检测问题,研究基于椭偏技术的晶体表面油膜厚度检测方法,通过与原子力显微镜（AFM）测量油膜厚度结果进行对比分析,验证椭偏测量方法的可行性。椭偏测量中,根据KDP晶体的特点和油膜的分布状态,提出类似各向同性介质的单轴晶体表面薄膜椭偏测量方法,建立合适的光学模型进行数据拟合分析,并采用频域滤波的方式去除成像椭偏测量中KDP晶体表面切削纹理的影响,形成完善的KDP晶体表面残留油膜椭偏检测方法;针对AFM检测中KDP晶体基底与油膜之间边界不明确问题,通过分析幅度-频率调制模式（AM-FM）中各参数与样品表面力学特性的关系,提出油膜-基底边界辨识方法,进而获得KDP晶体表面残留油膜AFM检测方法;通过对比分析,椭偏技术和AFM对油膜厚度的测量结果相差小于2nm,验证了椭偏测量方法的正确性,两种方法联合使用,可获得油膜厚度、光学参数、微观结构等多种信息。本文研究的主要内容及结论如下:1、KDP晶体表面残留油膜椭偏检测方法研究与方案实现。KDP晶体为单轴各向异性晶体,通过分析椭偏测量原理和单轴晶体特点,提出入射光在主截面内情况下,类似各向同性材料的单轴晶体表面薄膜椭偏测量方法,进而推导出相应椭偏方程,进一步通过4×4矩阵方法分析线偏振光在单轴晶体表面反射光相对入射光的偏振态变化情况,提出旋转单轴晶体检测主截面的方法,完成并简化了单轴晶体表面薄膜椭偏测量过程;椭偏数据处理关键步骤为光学模型建立和数据拟合算法,对光学模型从结构模型和色散模型两个方面进行了分析,拟合方法选取模拟退火-单纯型联合算法,并通过模拟数据拟合分析确定算法中关键参数;根据上述方法,采用变入射角度模式和成像模式对KDP晶体折射率、残留油膜厚度进行检测,根据具体样品特点建立不同的光学模型进行数据拟合分析,最后获得KDP晶体清洗前和清洗后表面油膜厚度分布情况。2、提出了基于频域滤波方式的KDP晶体表面切削纹理对成像椭偏测量影响的去除方法。首先对含有纹理背景的KDP晶体椭偏数据图像进行频域分析,结果显示频域中纹理信息呈直线型分布,且直线方向与空间域中纹理主方向垂直,进而提出构建与纹理主方向垂直的直线型频域滤波器对数据图像进行频域滤波,去除数据图像中纹理背景;对数据图像中的纹理主方向,采用基于Hough变换直线检测的方法进行提取,并对其中边缘检测过程进行分析,确定检测算子及参数;对频域滤波器宽度的确定和纹理去除效果评价,采用图像灰度共生矩阵中的特征参数进行确定,通过对灰度共生矩阵构造因子和特征参数分析,计算出图像的灰度共生矩阵并提取出角二阶矩、对比度、熵、相关性和逆差矩五个特征参数评价纹理去除效果,进而指导频域滤波器宽度选取;最后对模拟的含有纹理背景的数据图像进行纹理去除,结果显示在滤波器构建合理时,纹理背景被去除,频域滤波方式对有效数据的影响小于±2%,验证了纹理去除方法的正确性。3、提出了基于AFM技术的KDP晶体表面残留油膜检测方法。针对KDP晶体表面残留油膜和晶体基底无明确边界的问题,分别采用轻敲模式下刮除部分油膜方式和AM-FM模式进行边界识别,然后测得油膜厚度分布。轻敲模式测量中,首先采用接触模式在不损伤基底的前提下,刮除部分油膜,然后以轻敲模式测量样品表面包含刮除部分的更大区域形貌图,以裸露的基底为边界从形貌图中获得油膜厚度;AM-FM模式测量中,通过建模分析,分别获得探针二阶频率偏移和压痕深度与样品表面弹性模量的对应关系,利用KDP晶体比油膜弹性模量大的特点,对比样品表面二阶响应频率图、压痕深度图和形貌图,辨识油膜-基底边界,然后从形貌图中获得油膜厚度分布;由于轻敲模式中刮除部分油膜的过程对破坏了样品表面,故通常只作为验证方式,实际应用需采用AM-FM模式进行测量。