三块光学平面间的互检

在等厚干涉实验中，我们可以利用两平面间空气隙所产生的干涉条纹数目来确定微小厚度（如金属箔纸的厚度），等厚干涉原理在光学加工、计量中的应用非常广泛．现介绍“三块互检法”在光学测量中的应用在光学测量中，常常需要检测平面光学零件的表面面形精度，通常的办法是用一块标准平面平晶（俗称标准样板）来检测．标准样板的工作面与光学零件待测面贴放一起，在白光或其他光源照射下；能够在两接触面上观察到干涉条纹．因为标准样板面形精度很高．可以认为观察到的干涉条纹数即为待测光学零件平面的面形精度，精度干涉条纹总数XA／2．平…     

问与答

<正> 问:光学零件的N符合图纸要求,△N几乎等于零,为什么检验时象质有时候不好? 答:目前,我国各工厂检验光学零件象质的方法(如:用鉴别率板)是一种综合指标检验。因此,影响象质的因素较多(例如:光圈、角度差、平行差、中心偏等等),这些指标不仅影响象质,而且有着互相制约或补偿的关系。例如: 1.平面零件或棱镜的平行差不好,光圈虽然很规则,但从微观上看面形和光线的形式却如图1、图2,这种成象形式的出射光线不再     

全息光栅拼接系统中的像差补偿法

全息光栅拼接参数需要用参考干涉条纹来检测。系统像差会造成干涉条纹扭曲,产生光栅拼接误差。为补偿像差造成的光栅拼接误差,对像差与干涉条纹扭曲量之间的理论关系进行了研究,利用计算机模拟了参考干涉条纹图像,并将光栅拼接误差预调制到参考干涉条纹图像中。为验证该方法的有效性,在曝光系统像差峰-峰值为0.72λ的情况下进行了光栅拼接实验,在光栅拼缝处像差造成-1级衍射波面最大突变量为0.36λ。利用预制参考干涉条纹图像作为拼接参考时,其最大突变量为0.097λ。实验结果表明,在曝光系统像差较大的情况下,干涉条纹预制法能够有效地控制光栅拼接误差。     

希尔伯特变换条纹分析法及其在非球面镜测量上的应用

提出了利用离散的希尔伯特变换法解调干涉条纹相位的方法,叙述了希尔伯特变换法解调相位的原理,并从单一的干涉图样中提取出条纹信号的正弦和余弦部分,正弦与余弦比值的反正切即为干涉相位;然后利用泽尼克多项式拟合,实现波前重建;最后讨论了条纹相位的算法,误差修正和测量面形的应用,从而实现对非球面镜的检测。实验表明,该方法可获得均方根(RMS)的精度为λ／10。     

用迈克耳孙干涉仪精确测量谱线的微小波长差

用迈克耳孙干涉仪测量波长相差很小的二条光谱线的波长差△λ=λ2-λ_1时,由于干涉条纹出现周期性的模糊不清,不易确定干涉条纹最清楚或最不清楚的位置,因而△λ不易准确地确定下来,本文从干涉条纹明暗变化的总体特征出发,用拟合曲线,把干涉条纹相对强度的最大值(或最小值)的位置准确定下来,从而使△λ能精确地确     

基于插值法波面拟合的球面光学元件检测

为了实现在线自动化检测球面光学镜片的面形偏差,在已有的光学检测系统基础上,对光学检测系统采集的干涉图样进行图像处理和波面拟合算法研究。首先对干涉图样预处理,再根据球面光学镜片大多是圆形孔径,对预处理后的干涉条纹通过最小二乘法拟合出干涉图样的圆边界,确定数据取值边界点的中心和半径值;然后采用Multi-quadric函数插值法拟合出波面的面形轮廓,计算波面的峰谷偏差EPV值及均方根偏差ERMS值;最后用上述方法对Zygo干涉仪采集的干涉图的处理结果与Zygo干涉仪测试结果进行比较分析。结果表明:通过边界处理可有效提高波面拟合精度,采用multi-quadric函数插值法拟合可以理想的还原出波面,且测量误差与国标相比能够控制在0.2的误差范围内,与Zygo干涉仪检测结果相比可以控制在0.03误差范围内,都能够满足球面光学镜片在线检测的精度要求。     

同步辐射用光学元件面形绝对检测方法的研究

为实现同步辐射用光学元件面形的绝对检测,发展了镜面旋转对称三平板检测法。该方法将菲佐干涉法检测到的波前函数关于y轴分解成镜面对称部分与镜面非对称部分,再利用N次旋转取平均值消除镜面非对称部分,从而通过计算获得待测平面的绝对面形分布。推导了镜面旋转对称法检测矩形平面镜面形的公式,应用该方法设计了高精度矩形平面镜的测试实验,并进行了误差分析。实验结果表明,与传统三平板绝对测量方法相比较,两种方法在高度轮廓误差和斜率误差方面的计算结果都符合较好,其对比后的残差均方根(RMS)值分别为λ/500(λ=632.8nm)与0.93μrad。     

读者信箱

<正> 答读者透镜光圈数N与其半径误差dR有何关系? 大家知道,在光学零件加工中,通常用“光圈”来测量球面的曲率半径的误差。“光圈”检验是用玻璃样板进行的,如图所示。将一块作为标准的“工作样板”放在被测透镜的球面上。工作样板的曲率半径(R)     

基于轻量化校准反射镜的旋转平移干涉绝对检验技术

光学干涉绝对检验技术能够实现参考面和待测面面形的有效分离,是对干涉仪进行精度标定的有效手段。面向大口径平面干涉仪的校准需求,旋转平移法仅需一块透射平晶和一块反射平晶,避免了额外加工第3块平晶的成本和难度。但随着口径的增大,自重和支撑使得反射平晶在平移和旋转多种状态下的变形较大,继而影响绝对检验精度。提出设计轻量化的校准反射镜作为反射平晶,采用旋转平移法实现大口径干涉仪的绝对检验。以Φ1 500 mm平面干涉仪作为标定需求,采用碳化硅作为校准反射镜材料,以三角形轻量化结构和6点背部支撑方式进行轻量化设计,控制其质量仅为93 kg,支撑和重力引入的面形变形PV值为9.75 nm。将变形面形叠加至PV值λ/4、不同分布的加工面形进行旋转平移绝对检验仿真计算,对旋转对称程度低且包含较多高频成分的面形,检验精度为λ/30;而对分布平滑对称的面形,检验精度可达到λ/50。因此,为了实现对于大口径平面干涉仪λ/50精度的标定目标,要求碳化硅校准反射镜加工面形PV值低于λ/4,尽量避免高频成分,旋转对称程度高。     

由干涉图计算波差和传递函数

本文讨论一种用于光学系统和光学反射镜面检验中的完整而定量的方法.该方法以干涉术为基础,将所得干涉图样表示成光学系统光瞳坐标的函数和光学零件表面坐标的函数.此函数为与象差密切相关的Zernike圆多项式的线性组合.并利用Gram-Schmidt正交法求多项式的系数使其与干涉图上一些离散点相啮合.由此函数出发本文讨论了检验系统本身误差及调整误差去除的方法及计算被检波面的最小均方波差及波差分布,进而求得系统的PSF和OTF值.     

一种基于全息波带板的球面干涉仪

<正> 一、引言近年来,人们为了解决球面光学零件可随意地检测其曲率半径及面形误差问题,陆续研制出激光球面干涉仪和全息补偿球面干涉仪。前者有一整套结构复杂、要求极高的标准镜头,后者虽然用全息补偿板的办法降低了对标准镜头设计和加工精度的要求,但两者仍然存在着球面顶点干涉花样由于波面横向颠倒,定位不准,球径测量精度下降问题;补偿板显定影处理后条纹的不对称变异以及随被检测球面曲率半径增加而程差增大,从而造成对激光光源纵模(时间相干性)要求提高或者使干涉条纹对     

三百直角棱镜的成盘加工和快速检验

随着激光计量技术的发展,三面直角棱镜(又称锥体棱镜或四面体)的应用也日益普遍。三面直角棱镜常常是激光计量仪器中的关键零件,对其直角误差和面形误差往往提出很高的设计要求,如直角误差不大于O.3″～1″,面形误差不大于0.1～O.3个光圈。目前一般采用单件手修的加工方法,效率很低,检验方法也受测量精度和设备条件的限制,远远不能适应成批生产的要求。我们在研制“光电光楔测角仪”时,设计加工了如图1所示的三面直角棱镜。加工中试用了成盘加工和快速检验直角误差的方法。     

高精度光学平行平板的加工

我们生产中遇到几种平行玻璃平板,精度较高,技术条件要求:用干涉法做透射检查,在零件整个抛光范围内不得有肉眼看得见的亮度差异。为了适应这种零件生产的需要,我们作了一个如图1所示的激光干涉装置(我们把它叫做激光平面干涉仪)来进行加工时的检验。用这种方法进行检查时所看到的干涉图样,是被检零件质量的一个综合反映,也就是说,材料折射率的不均匀性、应力消除程度、条纹、气     

CO2激光干涉检验轮胎面面形及双曲率半径

轮胎面属于高次非球面,不同于二次回转球面,在光学系统中具有独特重要的用途,但至今无有效的面形检验方法.本文用自行研制的移相式CO₂激光(λ=10.6μm)球波面干涉仪,检验双曲率半径之差为亚毫米量级的轮胎面面形;文中分析了测试原理,给出了测试实例的移相干涉图、双曲率半径测量值及面形波差三维立体图,并分析了测试误差.     

干涉条纹的微处理机分析

利用微处理计算机建立了干涉条纹的数据分析系统,其中包括波面插值、象差和面形分析、点扩散函数、积分能量分布和光学传递函数的计算等.该系统还可修正干涉仪的误差、测量波面平均曲率等.     

近红外多普勒差分干涉仪稳定性结构研究

针对现有结构无法满足大尺寸差分干涉仪稳定性固定，以星载近红外差分干涉仪稳定性结构为研究目标，优化选择光学材料实现实体差分干涉仪的热补偿，提高了光学元件温度稳定性；以支撑结构的最大结构应力和光机粘接面处最大剪切应力小于许用应力为优化目标，建立数学模型，优化设计支撑结构参数，调节组件基频，提高了组件的力学稳定性。有限元分析支撑结构最大应力65.56 MPa，小于材料的抗拉强度，光机粘接面最大剪切应力3.4 MPa；环境温度变化5℃，分光棱镜面形RMS最大变化量1.671 nm，热应力带来的干涉图畸变可忽略。力学振动试验前后，光学测试干涉条纹频率（50个条纹数）未发生变化，差分干涉仪结构满足星载力学环境条件。该方法也适用于棱镜式干涉仪稳定性支撑结构。     

ZEMAX辅助分析斜方棱镜面形误差对出射光平行度的影响

介绍一种根据出射光平行度要求计算斜方棱镜面形误差的方法。根据忽略局部光圈数的简化分析模型,获得面形误差对应光圈数与相关球面半径的关系,通过几何处理方法,求得一定面形误差对应的球面半径与平面倾角的关系,将斜方棱镜的工作面倾斜一定角度,运用折射定理,将具体面形误差转化为相应平面的倾斜角度,得到出射光相对于理想光轴的倾斜角度及其关系式,并在ZEMAX中建立斜方棱镜的两种模型。根据ZEMAX仿真结果,给出了各个工作面形误差分配方案,得出随着光束口径的增大,斜方棱镜反射工作面和折射工作面面形误差对出射光偏折角影响规律不同等结论。     

如何在激光平面干涉仪上精确测量光学面的平行度

<正> 科研工作中常用到各种平行度很高的光学件,例如研究激光频率用的法卜里——珀洛标准具必须具有二十分之一波长的平行度。因此,如何在加工过程中方便准确地测量光学件的微小楔角乃是光学工艺经常需要解决的一个问题。目前,在光学加工中激光平面干涉仪用得比较普遍,通常用等厚干涉法,即通过测量工件自身两个表面产生的等厚干涉条纹的宽度而求出光学零件平行度的方法。下表给出了λ=0.6328微米时在玻璃平板(n=1.5)和空气平板(n=1)中的楔角θ与条纹宽度B的对应数值。     

计算全息法测量长焦透镜面形和焦距

为了同时对长焦透镜的面形和焦距进行高精度检测,提出在Zygo干涉仪的球面光路中加入一个二元衍射元件作为检测件的计算全息法。 首先对计算全息法检测长焦透镜的面形和焦距进行了理论推导,并给出焦距误差公式。在Zemax中使用在平面基底上制作的二元衍射元件对一个长焦透镜的面形和焦距进行了模拟检测,其中对该长焦透镜面形的干涉检测PV值为0.0034λ,对焦距的检测精度为-0.11%。最后详细分析了两类误差对检测结果的影响,其中光学元件的位置误差影响不超过0.1λ;二元衍射元件的制造误差影响约0.01λ,在具体制造过程中,其径向位置误差和台阶误差可分别在2 μm和5 nm之内。在综合考虑各项误差的情况下,该方法的检测精度仍然可控制在2λ/25之内。     

迈克耳孙干涉仪中的镜面面形误差研究分析

从迈克耳孙干涉仪干涉原理出发,分析了圆形镜面抛光面形误差对干涉调制度的影响。由于存在镜面面形误差,干涉调制度不能达到理想情况下的100%,但其干涉调制度不能低于理想情况下的90%。通过分析和讨论,镜面面形误差最好控制在λ/14以内,干涉调制度才可能不低于90%,这样干涉仪才能保持比较满意的性能。同时,使用Zygo干涉仪对5组平面镜的平面度进行了测量,得到了这5组平面镜的峰-峰值和其他一些参数,通过分析测量结果,这5组平面镜的平面度都能达到干涉调制度的要求。通过对迈克耳孙干涉仪中平面镜面形误差的研究,这对于干涉光谱仪的设计、研制和性能的分析都具有一定的指导意义。