大口徑高平行度光學(xué)元件波前檢測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種大口徑高平行度光學(xué)元件波前檢測裝置，主要應(yīng)用于大型激光聚變裝置、軍工、航天等領(lǐng)域所需的大口徑高平行度光學(xué)元件波前的工序檢和終檢。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年來，隨著大口徑光學(xué)系統(tǒng)在天文光學(xué)、空間科學(xué)研究、地基空間目標(biāo)探測與識別、慣性約束核聚變等高科技領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，由于大口徑光學(xué)元件的特殊性，人們對大口徑光學(xué)元件的波前誤差精度要求越來越高，同時也需要有與之相應(yīng)的高精度檢測手段來判斷其波前誤差是否滿足要求。
[0003]平行平板屬于大口徑光學(xué)件中的一種，如應(yīng)用在高功率激光系統(tǒng)中的大口徑偏振片在加工成型后一般都具有很高的平行度(即表面平行差小于10〃)，特別是對于工作在透射和反射模式下的大口徑偏振片，對于兩面的波前誤差都具有較高的要求，最終還需要在表面鍍膜。在使用一般的大口徑波長移相干涉儀檢測的過程中，由于其后表面產(chǎn)生的反射光會引入自干涉條紋，會嚴(yán)重影響波前測量的結(jié)果。大口徑偏振片實際是在布儒斯特角下使用的，在檢測的過程中還需要對元件進行轉(zhuǎn)角度(非0°入射)放置，這進一步增加了檢測的難度。
[0004]在垂直入射(0°入射)的情況下，可以把待測樣品加工成楔角或在被測元件的后表面涂凡士林，但它不易擦洗且可能會影響光學(xué)表面質(zhì)量(例如后表面也是工作面的情況)，對于已鍍膜元件更不能采用這種方法。在商用的大口徑波長移相干涉儀上，ZYGO公司提出了多表面傅里葉變換相移測試方法(Deck.L , Four i er-transform phase-shiftinginterferometry[J] ,Applied Optic,2003,42(13):2354-2365)，能夠得到被測波前的準(zhǔn)確結(jié)果。
[0005]在實際使用角度(非0°入射)的情況下，使用大口徑波長移相干涉儀檢測會出現(xiàn)后表面多次反射而產(chǎn)生的自干涉條紋的影響，進行相位解包計算以后會出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的情況，造成波面數(shù)據(jù)的不完整，并且無法采用多表面傅里葉變換相移方法來檢測。特別對于鍍膜后的光學(xué)元件，不能在后表面涂凡士林，為了得到精確的測試結(jié)果需要使用短相干光源干涉儀來檢測。
[0006]4D公司在商用同步移相菲索干涉儀專利技術(shù)(James E.Millerd,James C.Wyant,Simultaneousphase-shiftingFizeauinterf erome ter.U.S.Patent, 7,230,718,2007)提出了一種短相干光源光程匹配方案，干涉儀的光源采用短相干光源，可以實現(xiàn)對厚度大于
0.3mm的平行平板波前誤差的檢測，但是檢測口徑不能大于干涉儀的測試口徑(Φ 100mm)，對于大口徑光學(xué)元件無法進行全口徑波前的檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是為了解決在0°和非0°入射情況下的大口徑高平行度光學(xué)元件波前誤差測試問題，提出一種大口徑高平行度光學(xué)元件波前檢測裝置，該裝置能對大口高平行度光學(xué)元件波前誤差進行精確檢測，有效的解決了一般商用大口徑波長移相干涉儀在檢測高平行度光學(xué)元件時候，由于后表面反射而產(chǎn)生的自干涉條紋造成波面無法解包計算的問題。
[0008]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0009]一種大口徑高平行度光學(xué)元件波前檢測裝置，其特點在于該裝置包括小口徑短相干光源平面干涉儀主機、擴束系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)鏡和計算機，所述的擴束系統(tǒng)包括依次的小口徑轉(zhuǎn)折反射鏡、擴束次鏡組、大口徑轉(zhuǎn)折反射鏡和準(zhǔn)直主鏡，所述的標(biāo)準(zhǔn)鏡包括標(biāo)準(zhǔn)透射鏡和標(biāo)準(zhǔn)反射鏡，沿干涉儀主機的光束輸出方向依次是所述的小口徑轉(zhuǎn)折反射鏡、擴束次鏡組、大口徑轉(zhuǎn)折反射鏡、準(zhǔn)直主鏡、標(biāo)準(zhǔn)透射鏡、待檢光學(xué)元件和標(biāo)準(zhǔn)反射鏡，所述的計算機通過數(shù)據(jù)線與所述的干涉儀主機相連，所述的計算機采集所述的干涉條紋，采用現(xiàn)有方法對所述的干涉條紋進行移相和解包計算，得到待檢光學(xué)元件的波前信息。
[0010]干涉儀主機發(fā)出的小口徑偏振準(zhǔn)直光束經(jīng)過擴束系統(tǒng)后變成大口徑偏振準(zhǔn)直光束，該光束經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)透射鏡后一部分被反射回去形成參考光束，一部分透過標(biāo)準(zhǔn)透射鏡被待檢光學(xué)元件表面反射回去形成測試光束，或經(jīng)過待檢光學(xué)元件被標(biāo)準(zhǔn)反射鏡反射回去形成測試光束，參考光束和測試光束形成干涉條紋，所說的計算機對干涉條紋進行采集和分析計算，得到待檢光學(xué)元件[8 ]的波前信息。通過計算機對干涉條紋進行采集，采用現(xiàn)有方法對干涉條紋進行移相和解包計算，得到待檢光學(xué)元件[8]的波前信息。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:
[0012]1、本發(fā)明裝置能夠檢測厚度大于0.3mm的大口徑高平行度光學(xué)元件的波前誤差，可以避免后表面多次反射而產(chǎn)生的自干涉條紋影響，且待檢光學(xué)元件不需要再加工楔角，縮短了光學(xué)冷加工的周期。
[0013]2、本發(fā)明裝置的擴束系統(tǒng)，由依次的小口徑轉(zhuǎn)折反射鏡、擴束次鏡組、大口徑轉(zhuǎn)折反射鏡和準(zhǔn)直主鏡構(gòu)成，使整個裝置結(jié)構(gòu)緊湊，光路縮短，減少了設(shè)備的占用場地。
[0014]3、本發(fā)明的檢測裝置可以實現(xiàn)大口徑高平行度光學(xué)元件在入射角為0°和非0°情況下的反射、透射波前的檢測。
[0015]4、所述的擴束系統(tǒng)的有效測試口徑不限于600_，可擴束到800mm或者其他測試口徑。
[0016]5、本發(fā)明裝置不僅可以用于表面平行差小于10〃且不需要加工成一定的楔角的高平行度平面光學(xué)元件最終波前的檢測，而且可以用于表面平行差大于10〃的其他光平面學(xué)元件波前的檢測。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明大口徑高平行度光學(xué)元件波前檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是大口徑高平行度光學(xué)元件0°反射波前檢測方法光路圖。
[0019]圖3是大口徑高平行度光學(xué)元件0°透射波前檢測方法光路圖。
[0020]圖4是大口徑高平行度光學(xué)元件非0°反射波前檢測方法光路圖。
[0021 ]圖5是大口徑高平行度光學(xué)元件非0°透射波前檢測方法光路圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0023]圖1是本發(fā)明大口徑高平行度光學(xué)元件波前檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可知，本發(fā)明大口徑高平行度光學(xué)元件波前檢測裝置，該裝置包括小口徑短相干光源平面干涉儀主機2、擴束系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)鏡和計算機1，所述的擴束系統(tǒng)由依次的小口徑轉(zhuǎn)折反射鏡3、擴束次鏡組4、大口徑轉(zhuǎn)折反射鏡5和準(zhǔn)直主鏡6構(gòu)成，所述的標(biāo)準(zhǔn)鏡包括標(biāo)準(zhǔn)透射鏡7和標(biāo)準(zhǔn)反射鏡9，沿干涉儀主機2的光束輸出方向依次是所述的小口徑轉(zhuǎn)折反射鏡3、擴束次鏡組4、大口徑轉(zhuǎn)折反射鏡5、準(zhǔn)直主鏡6、標(biāo)準(zhǔn)透射鏡7、待檢光學(xué)元件8和標(biāo)準(zhǔn)反射鏡9，所述的計算機I通過數(shù)據(jù)線與所述的干涉儀主機2相連，所述的計算機I采集所述的干涉條紋，采用現(xiàn)有方法對所述的干涉條紋進行移相和解包計算，得到待檢光學(xué)元件8的波前信息。
[0024]該系統(tǒng)把干涉儀主機小口徑的偏振準(zhǔn)直光束擴束到大口徑發(fā)散光束，準(zhǔn)直主鏡6把大口徑發(fā)散光束再準(zhǔn)直成平行光束輸出；標(biāo)準(zhǔn)鏡包括標(biāo)準(zhǔn)透射鏡7和標(biāo)準(zhǔn)反射鏡9。干涉儀主機2發(fā)出的小口徑偏振準(zhǔn)直光束經(jīng)過擴束系統(tǒng)后變成大口徑偏振準(zhǔn)直光束，該光束經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)透射鏡7后一部分被反射回去形成參考光束，一部分透過標(biāo)準(zhǔn)透射鏡7被待檢光學(xué)元件8表面反射回去形成測試光束，或經(jīng)過待檢光學(xué)元件8被標(biāo)準(zhǔn)反射鏡9反射回去形成測試光束，參考光束和測試光束形成干涉條紋，通過計算機I對干涉條紋進行采集，所述的計算機I通過數(shù)據(jù)線與所述的干涉儀主機2相連，所述的計算機I采集所述的干涉條紋，采用現(xiàn)有方法對所述的干涉條紋進行移相和解包計算，得到待檢光學(xué)元件8的波前信息。
[0025]本實施例采用的小口徑短相干光源平面干涉儀主機是美國4D公司生產(chǎn)的商用動態(tài)菲索共光路型干涉儀，有效測試口徑是Φ 100_。擴束系統(tǒng)的擴束倍數(shù)是6X，標(biāo)準(zhǔn)透射鏡7和標(biāo)準(zhǔn)反射鏡9的有效測試口徑為Φ 600mm，波前加工質(zhì)量要求PV優(yōu)于0.U。
[0026]利用上述裝置進行大口徑高平行度光學(xué)元件波前的檢測方法，包括:
[0027]如圖2所示，在0°反射波前檢測的情況下，使由準(zhǔn)直主鏡6出射的大口徑準(zhǔn)直光束經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)透射鏡7并垂直入射到待測元件8的表面，經(jīng)過調(diào)整待測元件8使光束沿原路返回，利用干涉儀主機2的光程匹配技術(shù)得到干涉條紋并調(diào)節(jié)到干涉條紋數(shù)目最少，通過計算機I分析計算得到待測元件8的反射波前信息。
[0028]如圖3所示，在0°透射波前檢測的情況下，使由準(zhǔn)直主鏡6出射的大口徑準(zhǔn)直光束經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)透射鏡7的光束垂直透過待測元件8，入射到標(biāo)準(zhǔn)反射鏡9的表面，經(jīng)過調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)反射鏡9使光束沿原路返回，利用干涉儀主機2的光程匹配技術(shù)得到干涉條紋并調(diào)節(jié)到數(shù)目最少，通過計算機I分析計算得到待測元件的透射波前信息。
[0029]如圖4所示，在非0°反波前檢測的情況下，使由準(zhǔn)直主鏡I出射的大口徑準(zhǔn)直光束經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)透射鏡7，按照規(guī)定的測試角度入射到待測元件8的表面，再由待測元件8的表面反射到標(biāo)準(zhǔn)反射鏡9表面，調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)反射鏡9使光束沿原路返回，利用干涉儀主機的光程匹配技術(shù)得到干涉條紋并調(diào)節(jié)到數(shù)目最少，通過計算機分析計算得到待測元件的非0°反射波前的信息。
[0030]如圖5所示，在非0°透射波前檢測的情況下，使由準(zhǔn)直主鏡6出射的大口徑準(zhǔn)直光束經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)透射鏡7的光束按照規(guī)定的入射角度透過待測元件8，再入射到標(biāo)準(zhǔn)反射鏡9的表面，經(jīng)過調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)反射鏡9使光束沿原路返回，利用干涉儀主機2的光程匹配技術(shù)得到干涉條紋并調(diào)節(jié)到數(shù)目最少，通過計算機I分析計算得到待測元件的非0°透射波前信息。
[0031]本發(fā)明有效的解決了在0°和非0°入射情況下的大口徑高平行度光學(xué)元件波前誤差檢測的問題，解決了在檢測高平行度光學(xué)元件時候，由于后表面反射而產(chǎn)生的自干涉條紋造成波面無法解包計算的問題，可實現(xiàn)大口徑高平行度光學(xué)元件波前誤差的精確檢測。
【主權(quán)項】
1.一種大口徑高平行度光學(xué)元件波前檢測裝置，其特征在于該裝置包括小口徑短相干光源平面干涉儀主機(2)、擴束系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)鏡和計算機(I)，所述的擴束系統(tǒng)包括小口徑轉(zhuǎn)折反射鏡(3)、擴束次鏡組(4)、大口徑轉(zhuǎn)折反射鏡(5)和準(zhǔn)直主鏡(6)，所述的標(biāo)準(zhǔn)鏡包括標(biāo)準(zhǔn)透射鏡(7)和標(biāo)準(zhǔn)反射鏡(9)，沿干涉儀主機(2)的光束輸出方向依次是所述的小口徑轉(zhuǎn)折反射鏡(3)、擴束次鏡組(4)、大口徑轉(zhuǎn)折反射鏡(5)、準(zhǔn)直主鏡(6)、標(biāo)準(zhǔn)透射鏡(7)、待檢光學(xué)元件(8)和標(biāo)準(zhǔn)反射鏡(9)，所述的計算機(I)通過數(shù)據(jù)線與所述的干涉儀主機(2)相連，所述的計算機(I)采集所述的干涉條紋，采用現(xiàn)有方法對所述的干涉條紋進行移相和解包計算，得到待檢光學(xué)元件(8)的波前信息。
【專利摘要】一種大口徑高平行度光學(xué)元件波前檢測裝置，該裝置包括小口徑短相干光源平面干涉儀主機、擴束系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)鏡和計算機，本發(fā)明裝置能對大口高平行度光學(xué)元件波前誤差進行精確檢測，有效地解決了一般商用大口徑波長移相干涉儀在檢測高平行度光學(xué)元件時候，由于后表面反射而產(chǎn)生的自干涉條紋造成波面無法解包計算的問題。
【IPC分類】G01M11/02
【公開號】CN105675262
【申請?zhí)枴緾N201610024221
【發(fā)明人】劉世杰, 周游, 白云波, 魯棋, 張志剛
【申請人】中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年1月14日