一種光學平行平板玻璃的均勻性絕對測量方法技術

本發明專利技術公開了一種光學平行平板玻璃的均勻性絕對測量方法，屬于光學干涉測量領域。該方法包括三個步驟：第一步、將待測光學平行平板放入測量光路，測量由光學平行平板前后表面形成的干涉腔的波面偏差；第二步、將光學平行平板放入由參考平晶工作面和反射平晶工作面構成的干涉測量腔中，測量透過上述光學平行平板后反射回來的波像差；第三步、將待測光學平行平板從干涉測量腔中移除，測量由參考平晶工作面和反射平晶工作面構成的干涉測量腔的波面偏差；然后根據三次測量結果計算待測光學平行平板的均勻性分布。本方法步驟少、操作簡單、精度高，可以用于激光器工作物質、航天器窗口玻璃的光學平行平板折射率均勻性分布的高精度測量。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于光干涉測量
，特別是一種光學平行平板玻璃的均勻性絕對測量方法。
技術介紹
光學均勻性是光學材料的重要指標，隨著光學加工制造技術的不斷發展，對其進行準確測量成為了一個重要的課題。目前的光學材料均勻性測量方法有定性測量和定量測量兩種，其中定量測量又可以分為一般測量和絕對測量。一般測量是指測試結果包含樣品拋光波面誤差、貼置板波面誤差以及測試儀器標準鏡波面誤差的測量。絕對測量是指測試結果中去除了樣品拋光波面誤差、貼置板誤差以及測試儀器標準鏡波面誤差的測量。現在的光學材料均勻性測量方法包括以下幾種：(1)無色光學玻璃測試方法光學均勻性平行光管測試方法，采用一對平行光管裝置，用分辨率法和星點法確定玻璃的均勻性。該方法是一種定性測量方法，不能給出定量結果。(2)無色光學玻璃測試方法光學均勻性斐索平面干涉法，采用斐索平面干涉儀測量無色光學玻璃光學均勻性，該方法測量過程中，樣品需垂直地放在測試光路中；同時測試結果包含待測光學平板前后表面波面誤差和干涉儀兩個標準鏡組成的空腔的波面誤差，是一種定量測量里的一般測量方法。(3)樣品翻轉法，在測量過程中需要翻轉樣品，最終的不均勻性測量結果將會包含參考鏡波面誤差帶來的系統誤差，是一種一般測量方法。(4)浸液測量法，將待測件放置在先行配置好的折射率液中進行測量；該方法要求所配制的折射率液本身穩定并且對樣品無害；另外，所配制折射率液和標準值有偏差對最終的測量結果也有影響，是一種一般測量方法。(5)無色光學玻璃測試方法光學均勻性全息干涉法，利用全息差分干涉原理，將反射干涉條紋和透射干涉條紋記錄在一張全息圖上，從全息圖上再現波面，求得最終的光學均勻性分布，是一種定量測量中的絕對測量方法。(6)透射測量法，是由亞利桑那大學的ChiayuAi、JamesC.Wyant等人于1991年提出的一種測量平板光學均勻性的透射測量方法，該方法消除了平板前后表面、參考平晶反射面以及反射平晶反射面帶來的誤差，是一種絕對測量方法。(7)波長調諧干涉法測量光學平板均勻性，是一種基于波長調諧干涉法的波長移相干涉儀測量平板均勻性的方法；該方法通過改變干涉儀激光器的波長來實現移相，有效地解決了壓電陶瓷推動參考鏡帶來的較大誤差，簡化了干涉儀的機械結構。現已成功商用的波長調諧移相干涉儀有Zygo公司的VerifireTM系列MST波長調諧移相干涉儀。該干涉儀通過使用波長調制技術和Zygo新的傅里葉變換方法，可以進行三個甚至四個平行面的測量。該干涉儀的商用化，為光學平板均勻性的測量提供了一種可靠的絕對測量方案。2012年，南京理工大學的李建欣等人提出了一種光學材料光學均勻性的波長調諧兩步絕對測量法，實現了對光學平板的均勻性分布的絕對檢測。綜上，用一對平行光管測量光學材料均勻性，是一種定性的測量，無法得到定量的結果；用一般的干涉方法測量，最終得到的結果中，包含樣品前后表面波面誤差和干涉儀標準鏡的波面誤差，或包含參考平晶工作面的波面誤差；使用浸液法測量光學材料均勻性，需要先行配制與待測件折射率一致的折射率液，操作不方便；使用全息差分干涉方法、干涉儀透射測量方法和波長調諧干涉測量法，均為絕對測量方法，但測量步驟較多，操作較為復雜。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種測量精度高、操作簡便的利用空間分光同軸斐索型同步移相干涉儀測量光學平行平板玻璃光學均勻性的絕對測量方法。實現本專利技術目的的技術解決方案為：一種光學平行平板玻璃的均勻性絕對測量方法，該方法基于空間分光同軸斐索型同步移相干涉儀系統，在準直透鏡和棋盤光柵之間加入λ/4波片，并調節λ/4波片的角度使得光源系統出射的激光為圓偏振光，具體包括以下步驟：步驟1，將待測光學平行平板放入測量光路，測量由光學平行平板前后表面形成的干涉測量腔的波面偏差；步驟2，將光學平行平板放入由參考平晶工作面和反射平晶工作面構成的干涉測量腔中，測量透過上述光學平行平板后反射回來的波像差；步驟3，將待測光學平行平板從干涉測量腔中移除，測量由參考平晶工作面和反射平晶工作面構成的干涉測量腔的波面偏差；步驟4，根據步驟1～3的測量結果，計算待測光學平行平板的均勻性分布。進一步地，步驟1所述將待測光學平行平板放入測量光路，測量由光學平行平板前后表面形成的干涉測量腔的波面偏差，具體如下：(1.1)調整待測光學平行平板的三維姿態，使其前表面返回的光自準直回到光源系統，另外使參考平晶和反射平晶相對于垂直于光軸的平面傾斜0.3°-0.5°；(1.2)利用空間分光同軸斐索型同步移相干涉儀，對光學平行平板前后表面形成的干涉測量腔的波面偏差W1(x,y)進行測量，W1(x,y)包含光學平行平板玻璃前表面的波面誤差A(x,y)、后表面波面誤差B(x,y)、光學平板均勻性分布帶來的波像差δ(x,y)，W1(x,y)表示為：W1(x,y)＝2n[B(x,y)-A(x,y)]+2δ(x,y)其中，n為待測光學平行平板的折射率。進一步地，步驟2所述將光學平行平板放入由參考平晶工作面和反射平晶工作面構成的干涉測量腔中，測量透過上述光學平行平板后反射回來的波像差，具體步驟如下：(2.1)將參考平晶和反射平晶工作面調整到垂直于系統光軸，使反射回來的光自準直回到光源系統，同時使待測的光學平行平板相對于垂直于光軸的平面傾斜0.3°-0.5°；(2.2)用空間分光同軸斐索型同步移相干涉儀測量，透過上述待測光學平行平板后，經反射平晶工作面反射的波像差W2(x,y)；W2(x,y)包含了光學平行平板均勻性分布引入的波像差δ(x,y)、前表面波面誤差A(x,y)、后表面波面誤差B(x,y)、參考平晶工作面波面誤差T(x,y)、反射平晶工作面波面誤差R(x,y)；W2(x,y)表示為：W2＝2R(x,y)-2T(x,y)+2(n-1)[B(x,y)-A(x,y)]+2δ(x,y)；其中，n為待測光學平行平板的折射率。進一步地，步驟3所述將待測光學平行平板從干涉測量腔中移除，測量由參考平晶工作面和反射平晶工作面構成的干涉測量腔的波面偏差W3(x,y)；W3(x,y)包含了參考平晶工作面波面誤差T(x,y)、反射平晶工作面波面誤差R(x,y)，W3(x,y)表示為：W3＝2R(x,y)-2T(x,y)。進一步地，步驟4所述根據步驟1～3的測量結果，計算待測光學平行平板的均勻性分布Δ(x,y)：其中，W1(x,y)、W2(x,y)、W3(x,y)為三步測量的波像差結果，n為待測光學平行平板的折射率，d為待測光學平行平板的厚度。本專利技術與現有技術相比，其顯著優點為：(1)根據點光源橫向錯位移相原理，采用空間分光同軸斐索型同步移相干涉儀測量光學平行平板的光學均勻性，共三步測量，步驟少，操作簡單；(2)測試結果中去除了樣品前后表面波面誤差和參考平晶工作面及反射平晶工作面波面誤差，為一種光學材料均勻性的絕對測量方法，適用于前后表面平行度較好的待測平行平板玻璃的光學均勻性高精度測量。附圖說明圖1是本專利技術光學平行平板玻璃的均勻性絕對測量方法的流程圖圖2是本專利技術所使用的改進后的空間分光同軸斐索型同步移相干涉儀結構示意圖。圖3是本專利技術中所建立的左手坐標系與光路的關系示意圖。圖4是本專利技術與MST波長調諧移相干涉儀對比實驗結果圖，其中(a)為MST本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種光學平行平板玻璃的均勻性絕對測量方法，其特征在于，該方法基于空間分光同軸斐索型同步移相干涉儀系統，在準直透鏡和棋盤光柵之間加入λ/4波片，并調節λ/4波片的角度使得光源系統出射的激光為圓偏振光，具體包括以下步驟：步驟1，將待測光學平行平板放入測量光路，測量由光學平行平板前后表面形成的干涉測量腔的波面偏差；步驟2，將光學平行平板放入由參考平晶工作面和反射平晶工作面構成的干涉測量腔中，測量透過上述光學平行平板后反射回來的波像差；步驟3，將待測光學平行平板從干涉測量腔中移除，測量由參考平晶工作面和反射平晶工作面構成的干涉測量腔的波面偏差；步驟4，根據步驟1～3的測量結果，計算待測光學平行平板的均勻性分布。

【技術特征摘要】
1.一種光學平行平板玻璃的均勻性絕對測量方法，其特征在于，該方法基于空間分光同軸斐索型同步移相干涉儀系統，在準直透鏡和棋盤光柵之間加入λ/4波片，并調節λ/4波片的角度使得光源系統出射的激光為圓偏振光，具體包括以下步驟：步驟1，將待測光學平行平板放入測量光路，測量由光學平行平板前后表面形成的干涉測量腔的波面偏差；步驟2，將光學平行平板放入由參考平晶工作面和反射平晶工作面構成的干涉測量腔中，測量透過上述光學平行平板后反射回來的波像差；步驟3，將待測光學平行平板從干涉測量腔中移除，測量由參考平晶工作面和反射平晶工作面構成的干涉測量腔的波面偏差；步驟4，根據步驟1～3的測量結果，計算待測光學平行平板的均勻性分布。2.根據權利要求1所述的光學平行平板玻璃的均勻性絕對測量方法，其特征在于，步驟1所述將待測光學平行平板放入測量光路，測量由光學平行平板前后表面形成的干涉測量腔的波面偏差，具體如下：(1.1)調整待測光學平行平板的三維姿態，使其前表面返回的光自準直回到光源系統，另外使參考平晶和反射平晶相對于垂直于光軸的平面傾斜0.3°-0.5°；(1.2)利用空間分光同軸斐索型同步移相干涉儀，對光學平行平板前后表面形成干涉測量腔的波面偏差W1(x,y)進行測量，W1(x,y)包含光學平行平板玻璃前表面的波面誤差A(x,y)、后表面波面誤差B(x,y)、光學平板均勻性分布帶來的波像差δ(x,y)，W1(x,y)表示為：W1(x,y)＝2n[B(x,y)-A(x,y)]+2δ(x,y)其中，n為待測光學平行平板的折射率。3.根據權利要求1所述的光學平行平板玻璃的均勻性絕對測量方法，其特征在于，步驟2所述將光學平行平板放入由參考平晶工作面和反射平晶工...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳磊，張瑞，朱文華，韓志剛，鄭東暉，孟詩，孫沁園，烏蘭雅圖，
申請(專利權)人：南京理工大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32