多表面干涉下的光学元件面形检测任寰;马力;刘旭;何勇;郑万国;朱日宏【摘要】为了消除平行平板类光学元件的多表面干涉效应对元件面形测量的影响,提出了基于波长移相调谐技术与傅里叶变换原理的多表面干涉条纹检测技术.首先,根据波长移相原理和被测元件的厚度,按照推算出的被测腔长与元件厚度间的比例关系正确摆放被测元件的测试位置.然后,通过波长移相技术采集一组干涉图.最后,对这组多表面干涉图进行离散傅里叶变换,提取带有被测元件前后表面面形的频率信息以及厚度变化的频率信息,通过重构算法得到准确的面形信息和厚度信息.实验结果表明:与传统的13步移相算法相比,得到的前表面PV值和RMS值分别相差0.003和0.001,而后表面PV值与RMS值分别相差0和0.001.这些结果基本满足平行平板类光学元件面形的高精度测量与洁净测量的要求.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2013(021)005【总页数】7页(P1144-1150)【关键词】光学元件;面形检测;多表面干涉检测;波长移相;平行平板;傅里叶变换【作者】任寰;马力;刘旭;何勇;郑万国;朱日宏【作者单位】南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京210094;中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900;南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京210094;中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900;中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900;南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京210094;中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900;南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】O436.1;TH744.31 引言移相干涉技术是现代光学元件面形检测的最主要方法之一。
按照移相方式的不同，该技术可分为空域移相法和时域移相法，时域移相法从实现方式上又可分为硬件移相技术和波长移相技术。
激光干涉仪检测球面光学零件面形精度分析作者：权艳红来源：《中国高新技术企业》2010年第16期摘要:文章通过使用激光球面干涉仪对不同光学零件面形的测量从而作出其精度测量的分析,探讨了实验中产生问题的原因,并对实验数据加以讨论,以找出误差产生的规律。
关键词:激光球面干涉仪;等厚干涉;光学零件面形;干涉仪器;精度分析中图分类号:TH744文献标识码:A文章编号:1009-2374 (2010)24-0191-031检测仪器1.1激光球面干涉仪1.1.1干涉仪的分类干涉仪的设计方式有许多种,按照形成干涉的光束数目分为双光束及多光束两大类,双光束干涉仪所产生的条纹其亮度多呈正弦曲线的分布情形。
其基本原理都是通过各种光学元件形成参考和检测光路的方法。
就是采用了一种常见的干涉方式制成的,一般称为菲索干涉仪,这种干涉仪一般用来检测元件表面或光学系统的波相差。
由于所用激光的带宽很窄,因此它的相干长度很长可以在光程差很大的情况下得到干涉图样,对待测物体放置的要求不是很严格。
泰曼格林干涉仪、菲索干涉仪、麦克詹达干涉仪及麦克森干涉仪,皆属于此种双光束干涉方式。
1.1.2干涉仪检测光学零件表面的优点其一,它是非接触监测,不会损伤被探测物体表面。
其二,它获取数据的信息量大,图样本身是一个连续变化的过程,有着极高的分辨率。
其三,测量范围大,它可以同时对一个很大表面进行并行的分析和处理。
局限性:因为是分析反射光,所以有足够的反射才能得到干涉图样进行分析。
这就对光源和被探测物体的表面粗糙度提出了条件。
1.1.3干涉仪的应用光学仪器中的透镜、棱镜等,其表面质量要求很高,通常要求磨制面与理想几何形状间的误差不超过光波波长的数量级,用干涉法可检验出微小的误差(小于波长的几十分之一)。
所以在光学系统评价、表面的粗糙度、面形和元件的微小偏移的测量都采用了干涉仪进行分析。
1.2OSI-75TQ型激光球面干涉仪OSI-75TQ型激光球面干涉仪(如图1)是用稳频的氦氖激光器作为光源,由于它的相干长度很大,干涉仪的测量范围可以大大的扩展;而且由于它的光束发散角小,能量集中,因而它产生的干涉条纹可以用光电接收器接收,变为电讯号,并由计数器一个不漏的记录下来,从而提高了测量速度和测量精度。
§3-2平板玻璃平行差测量光学系统分两大类（1）共轴球面系统coaxial spherical systemA、球面B、非球面（2）平面镜棱镜系统plane mirror—prism system平面反射镜、平行玻璃板、光楔、棱镜：反射棱镜、折射棱镜§3-2-1平行玻璃板平行差测量（光楔的楔角测量）measurement of different of plane parallel平行玻璃板主要做：保护玻璃滤光片、分划板等平行差θ主要由色散给定，有时也考虑光轴偏（如航测相机的保护玻璃和滤光片）δˊC F=(n F-n C) θδˊ=(n-1) θ事先将工作台反射面自准1）测量原理（1）当平行玻璃板口径小于测角仪物镜口径时，径工作台上平面反射镜自准，成象在视场中心光线I经平板玻璃上表面反射，方向如光线II，I、II间夹角为2θ。
光线I经平板玻璃上表面折射后，又由下表面反射，最后经上表面折射，方向为III。
Ii n i n ''=sin sin ’当I 很小时i n ni ''= θ=1inn i i θ=='∴1由图知θθθnn n i i i 1112-=-='-= θnn i i 122-==' θθθθθnn n n i i i 121)90(9022003-=-+='+=+'--= θ)12(33-=='n ni i取n=1.5则Ⅰ、Ⅱ间夹角θϕ21=Ⅰ、Ⅲ间夹角θθϕ≈-=)22(2n Ⅱ、Ⅲ间夹角θθϕϕϕ32210≈=+=nn2ϕθ=讨论当第一面垂直于光轴时011='=i i θ='=22i i θθ223=+'=i i θn ni i 233==' n2ϕθ=2） 被测件口径大于测角仪望远镜口径，只能看到II 、III 象。
2、测量装置和测量方法 1） 装置比较测角仪：自准直望远镜加测量机构实际分划板每小格对应物方视场角为30″、 读数时取15″，故计算θ时nϕθ=2） 测量方法（1） 使承物台上平面反射镜垂直于测角仪光轴（自准） （2） 放上被测件，测出ϕ 角，求θ，nϕθ=（3） 判断楔角方向在待测检后表面哈气变模糊的象为后表面的反射像,该象所在的那端为厚端 3） 误差分析（1） 测平行玻璃板平行差精度（以测量最小平行差θmin 表示）受人眼鉴别角和仪器鉴别率限制 一般取α=1''，Γ=n 2min αθ（Γ==/,2/min αϕϕθn ）仪器鉴别率应与人眼鉴别角相匹配⎪⎪⎩⎪⎨⎧==Γ==='=Γ⇒⎪⎩⎪⎨⎧Γ''=Γ=''Γ''=Γ=''nD D nD D d D D D D D αθαθαα15.1,3.2,20601406012min min A D D L > B D D L <⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==nD nD αθαθ15.1min min ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==L L nD nD αθαθ15.1min min 06,50,5.1''===αL D D n 或 ⎪⎪⎩⎪⎨⎧''=⨯⨯=''=⨯=9.0505.16015.18.0505.160min min θθ （2） 测光楔精度与自准直平行光管对准精度有关，如采自准直测微平行光管（最小格直为0.1"和0.2"）f n e '=2θ f n e '--=lg lg lg lg θf f d n dn e de d ''--=θθf f n n e e ''∆+∆+∆=∆θθ 22222f n f e f n ne f n e ''∆+'∆+'∆=∆θ 22222)2()2()2(f n e f n e f n f n e '+'+'±='σσσσθ 例：设%1.0/,103,002.0,2,5.1,550,50,605±=''∆⨯±=∆±=∆==='==-f f n e mm e n mm f mm D mm D L5.0(104.2%)1.05505.1225505.121032.05505.12002.0(22262522''=⨯±=⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯+⨯⨯±=''∆+'∆+'∆=∆--弧度）f n f e f n n e f n e θ （注：e ∆由两项构成 A 分划板刻度误差001.01±=∆eB 对准误差：设01,25''=='δmm f m则 mm f l m 001.010*******±=⨯⨯⨯='=∆-δ）二、 干涉法 The interference-method 1、 干涉的概念 1） 相干光（1） 频率相同 （2）位相差恒定 （3）光矢量振动方向相同（4）光程差小于波列长度λλ∆=≤∆22L因此，必须用单色光源，使同一光源发出的光束分成两束，且光程差不能太大。
