CN104315971A - 双波长斐索激光干涉仪 - Google Patents
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Abstract
双波长斐索激光干涉仪涉及光学仪器领域，该干涉仪第一激光光源和第二激光光源发出激光，经过光纤耦合器耦合后，通过会聚透镜将光会聚在小孔光阑处，经过小孔光阑后光发散出射，由分光镜反射后，经由准直镜准直形成平行光，照射在标准参考镜上；一部分光经由标准参考镜的参考面反射回来，形成参考波前；另一部分光透射过参考镜后，照射在待测元件上，经由待测元件反射回来，形成测量波前；两路反射波经过准直镜返回，由分光镜透射，通过成像镜后，干涉条纹由面阵探测器接收。可在两个波长切换，可以对未镀膜元件进行面形测试，还可以对镀了632.8nm增透膜的光学元件进行面形测试，有效地扩充了现有单波长斐索激光干涉仪的检测能力。
Description
技术领域
本发明涉及光学仪器领域，特别涉及一种双波长斐索激光干涉仪。
背景技术
斐索激光干涉仪主要用于元件的表面面形测量，它具有非接触、无损伤、精确度高等突出优点，目前，已成为光学元件检测的首选方式。菲索激光干涉仪通常由光源、扩束镜、准直镜、标准参考镜、成像镜、***光阑、面阵探测器等部分组成。标准参考镜是菲索激光干涉仪的重要组成部分，它将斐索激光干涉仪输出的平面波转化为一个高精度的球面波，用于球面元件的表面面形测量。
斐索激光干涉仪测量元件表面面形的原理如图1所示。标准参考镜11将斐索激光干涉仪输出的平面波转变为球形波，同时将输出的激光分离为参考光束和测量光束两部分。标准参考镜最后一个面称为参考面12，一般是一个消球差的曲面。参考面大约将4％的激光反射回干涉仪，形成参考波前。剩余的激光作为测量波前，照射至待测元件13。测量光线垂直穿过参考面后，照射到待测元件表面，经过元件表面反射后，大约4％的激光原路返回至参考面，并再次垂直穿过参考面，与参考波前形成明暗相间的干涉条纹，被斐索激光干涉仪内部面阵探测器接收。由于测量波前携带了待测元件表面的面形信息，因此，通过数据处理，可以得到元件的表面面形。
美国的ZYGO公司已有商业化的斐索激光干涉仪出售，其工作波长主要为632.8nm，属于单一工作波长的斐索激光干涉仪。可用于光学元件表面面形测量，以及对工作在632.8nm波长的光学***性能进行测试。但该类斐索激光干涉仪存在两个缺陷，一个是由于其只能发出632.8nm的工作波长，因此只能对工作在该波长的光学***进行性能测试，对于其它波段的透射式光学***则无法测量；另一个缺陷是无法对镀有632.8nm增透膜的光学元件表面面形进行测试，原因是当元件表面镀有632.8nm增透膜后，元件表面632.8nm的光谱反射率非常低，反射光基本无法和参考波前形成明暗相间的干涉条纹，从而无法分析出镀膜后元件表面面形。将元件通过固定件安装到光学仪器后，由于固定方式导致的该元件表面面形变化也无法通过斐索激光干涉仪来监测。
如果购买一台不同工作波长的斐索激光干涉仪，避开元件在632.8nm反射率过低的问题，可对元件进行面形测量，但这样会要求使用者同时购买2台不同工作波长斐索激光干涉仪，需要配备多个不同F数的标准参考镜，加上相关配件，导致价格成本翻倍。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种双波长斐索激光干涉仪光学结构，该结构解决了现有技术中的斐索激光干涉仪，波长单一，不能对镀有632.8nm增透膜的光学元件表面面形进行测试的问题，通过双波长来实现了对一定范围波长的需求和解决对镀有632.8nm增透膜的光学元件表面面形进行测试的问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
双波长斐索激光干涉仪，其特征在于，该干涉仪包括：第一激光光源、第二激光光源、光纤耦合器、会聚透镜、小孔光阑、分光镜、准直镜、标准参考镜、成像镜和面阵探测器；所述第一激光光源和第二激光光源发出激光，经过光纤耦合器耦合后，通过会聚透镜将光会聚在小孔光阑处，经过小孔光阑后光发散出射，由分光镜反射后，经由准直镜准直形成平行光，照射在标准参考镜上；一部分光经由标准参考镜的参考面反射回来，形成参考波前；另一部分光透射过参考镜后，照射在待测元件上，经由待测元件反射回来，形成测量波前；两路反射波经过准直镜返回，由分光镜透射，通过成像镜后，干涉条纹由面阵探测器接收。
本发明的有益效果是：不同于现有商业化产品只工作在一个波长的特点，本发明同时具有两个工作波长，波段范围在400nm至800nm范围内。工作时可在两个波长切换，不仅可以对未镀膜元件进行面形测试，同时还可以对镀了632.8nm增透膜的光学元件进行面形测试，有效地扩充了现有单波长斐索激光干涉仪的检测能力。同时由于干涉仪有两个激光光源，即使某个光源出现问题，也不影响干涉仪正常工作，这样就减少了由于光源损坏造成干涉仪无法工作的时间，具有很强的应用价值。
附图说明
图1现有技术中斐索激光干涉仪对元件表面面形测量原理图。
图2本发明双波长斐索激光干涉仪光学结构图。
图中：1、第一激光光源，2、第二激光光源，3、光纤耦合器，4、会聚透镜，5、小孔光阑，6、分光镜，7、准直镜，8、标准参考镜，9、成像镜，10、面阵探测器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
双波长斐索激光干涉仪，如图2所示，该干涉仪包括：第一激光光源1、第二激光光源2、光纤耦合器3、会聚透镜4、小孔光阑5、分光镜6、准直镜7、标准参考镜8、成像镜9和面阵探测器10；所述第一激光光源1和第二激光光源2发出激光，经过光纤耦合器3耦合后，通过会聚透镜4将光会聚在小孔光阑5处，经过小孔光阑后光发散出射，由分光镜6反射后，经由准直镜7准直形成平行光，照射在标准参考镜8上；一部分光经由标准参考镜8的参考面反射回来，形成参考波前；另一部分光透射过标准参考镜8后，照射在待测元件上，经由待测元件反射回来，形成测量波前；两路反射波经过准直镜7返回，由分光镜6透射，通过成像镜9，干涉条纹由面阵探测器10接收。
激光光源为可见光波段的半导体激光器，波长范围400nm至800nm，并且两个光源波长不相同，存在100nm以上波长间隔。光纤耦合器3为双光路光纤耦合器。会聚透镜4为可见光波段的透镜组，镜片数量为1片至4片，焦长范围为10mm至200mm。分光镜6为可见光波段分束器，透射与反射分光比为30％至70％。准直镜7为可见光波段的透镜组，镜片数量为1片至4片，焦长范围为50mm至15000mm。标准参考镜8，为可见光波段的透镜组，镜片数量为2片至7片，焦长范围为10mm至10000mm。成像镜9为可见光波段的透镜组，镜片数量为2片至5片，焦长范围为10mm至1000mm。面阵探测器10为可见光波段的CCD探测器或CMOS探测器。
Claims (8)
1.双波长斐索激光干涉仪，其特征在于，该干涉仪包括：第一激光光源、第二激光光源、光纤耦合器、会聚透镜、小孔光阑、分光镜、准直镜、标准参考镜、成像镜和面阵探测器；所述第一激光光源和第二激光光源发出激光，经过光纤耦合器耦合后，通过会聚透镜将光会聚在小孔光阑处，经过小孔光阑后光发散出射，由分光镜反射后，经由准直镜准直形成平行光，照射在标准参考镜上；一部分光经由标准参考镜的参考面反射回来，形成参考波前；另一部分光透射过参考镜后，照射在待测元件上，经由待测元件反射回来，形成测量波前；两路反射波经过准直镜返回，由分光镜透射，通过成像镜后，干涉条纹由面阵探测器接收。
2.根据权利要求1所述的双波长斐索激光干涉仪，其特征在于，所述第一激光光源和第二激光光源的波长范围为400nm至800nm，并且两个光源波长不相同，存在100nm以上波长间隔。
3.根据权利要求1所述的双波长斐索激光干涉仪，其特征在于，所述分光镜的透射与反射分光比为30％至70％。
4.根据权利要求1所述的双波长斐索激光干涉仪，其特征在于，所述会聚透镜为可见光波段的透镜组，镜片数量为1片至4片，焦长范围为10mm至200mm。
5.根据权利要求1所述的双波长斐索激光干涉仪，其特征在于，所述准直镜为可见光波段的透镜组，镜片数量为1片至4片，焦长范围为50mm至15000mm。
6.根据权利要求1所述的双波长斐索激光干涉仪，其特征在于，所述标准参考镜，为可见光波段的透镜组，镜片数量为2片至7片，焦长范围为10mm至10000mm。
7.根据权利要求1所述的双波长斐索激光干涉仪，其特征在于，所述成像镜，为可见光波段的透镜组，镜片数量为2片至5片，焦长范围为10mm至1000mm。
8.根据权利要求1所述的双波长斐索激光干涉仪，其特征在于，所述面阵探测器，为可见光波段的CCD探测器或CMOS探测器。
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