CN105092530A - 平行平晶光学非均匀性的绝对测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平行平晶光学非均匀性的绝对测量方法。步骤为：对第一透射参考平晶工作面和待测平行平晶前表面进行一次干涉测量；在待测平行平晶后面放置反射参考平晶，对第一透射参考平晶和反射参考平晶工作面进行一次干涉测量；对第一透射参考平晶工作面和待测平行平晶后表面进行一次干涉测量；对第一透射参考平晶和反射参考平晶工作面进行一次空腔干涉测量；用第二透射参考平晶替换第一透射参考平晶，对第二透射参考平晶和第一透射参考平晶工作面进行一次干涉测量；对第二透射参考平晶和反射参考平晶工作面进行一次干涉测量；综合测量结果，得到待测平行平晶的光学非均匀性。本发明简单易行、精确高效，测量对象不受前后表面平行度的限制。

Description

平行平晶光学非均匀性的绝对测量方法

技术领域

本发明属于光干涉计量领域，特别是一种平行平晶光学非均匀性的绝对测量方法。

背景技术

光学透射材料是光学材料的重要组成部分，光学非均匀性作为评价光学透射材料性能的重要指标，反映的是同一块光学材料内部折射率的不一致性。光学材料内部的折射率不一致，将直接导致透射波前的改变，进而改变光学***的波像差。通常情况下，10^-6量级的光学非均匀性，会引入波长量级的波像差，因此对光学元件光学非均匀性的高精度检测具有重要的意义。

国内外专家对光学非均匀性的检测方法进行了大量的研究。主要有贴置板测量法、四步干涉测量法、短相干光干涉测量法以及波长调谐傅里叶分析测量法。贴置板测量法进行光学非均匀性的检测，需要增加两块折射率与被测件相同的玻璃平晶作为贴置板，平晶表面面形精度要求优于λ/10，同时所用折射率液的非均匀性也会影响测量精度；四步干涉测量法进行光学非均匀性的检测，要求待测玻璃平板的楔角控制在2～66角分之间，不能对前后表面平行度很高的平行平晶进行测试；短相干干涉测量法解决了高精度测量前后表面平行度较好的平板光学非均匀性的问题，但测量精度受到光源谱宽的影响；波长调谐傅里叶分析测量法可以通过两次测量，获得平行平晶前后表面面形和材料均匀性信息，但是仪器必须采用可精确调节波长的半导体激光器作为光源，并需要专用的处理软件，无法得到广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精度高、易实现的平行平晶光学非均匀性的绝对测量方法，使测量结果不受透射参考平晶面形和反射参考平晶面形精度的影响，测量对象不受前后表面平行度的限制。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种平行平晶光学非均匀性的绝对测量方法，包括以下步骤：

步骤1，建立坐标系，以斐索型激光干涉仪的光轴发射方向为z轴，垂直地面方向为y轴，x轴、y轴、z轴构成拇指沿光轴方向的右手坐标系；采用斐索型激光干涉仪对第一透射参考平晶T₁工作面A和待测平行平晶S前表面B进行一次干涉测量得结果M₁；

步骤2，沿着光轴方向，在待测平行平晶S后面放置反射参考平晶R，对第一透射参考平晶T1工作面A和反射参考平晶R工作面D进行一次干涉测量，得到待测平行平晶S的透射测量结果M₂；

步骤3，将待测平行平晶S绕y轴旋转180度，对第一透射参考平晶T₁工作面A和待测平行平晶S后表面C进行一次干涉测量得结果M₃，将测量结果M₃沿y轴进行镜像反转得到

步骤4，取走待测平行平晶S，对第一透射参考平晶T₁工作面A和反射参考平晶R工作面D进行一次空腔干涉测量得结果M₄；

步骤5，用第二透射参考平晶T₂替换第一透射参考平晶T₁，第二透射参考平晶T₂作为干涉仪参考镜，将第一透射参考平晶T₁绕y轴旋转180度，对第二透射参考平晶T₂工作面E和第一透射参考平晶T₁工作面A进行一次干涉测量得结果M₅；

步骤6，对第二透射参考平晶T₂工作面E和反射参考平晶R工作面D进行一次干涉测量得结果M₆；

步骤7，综合步骤1～6的测量结果，得到待测平行平晶S的光学非均匀性Δn。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)测量结果不受透射参考平晶面形和反射参考平晶面形精度的影响，测量精度高；(2)测量对象不受前后表面平行度的限制，容易实现；(3)测量过程简便，测量结构简单。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明参考坐标系的示意图。

图2为第一透射参考平晶T₁工作面A和待测平行平晶S前表面B干涉测量示意图。

图3为待测平行平晶S的透射测量示意图。

图4为第一透射参考平晶T₁工作面A和待测平行平晶S后表面C干涉测量示意图。

图5为空腔干涉测量的示意图。

图6为第二透射参考平晶T₂工作面E和第一透射参考平晶T₁工作面A干涉测量示意图。

图7为第二透射参考平晶T₂工作面E和反射参考平晶R工作面D干涉测量示意图。

具体实施方式

结合图1，本发明中所有的测量过程都在图1所示的参考坐标系下进行。建立坐标系，以斐索型激光干涉仪的光轴发射方向为z轴，垂直地面方向为y轴，x轴、y轴、z轴构成拇指沿光轴方向的右手坐标系。

结合图2～图7，本发明平行平晶光学非均匀性绝对测量的方法，包含以下步骤：

步骤1，如图2所示，采用斐索型激光干涉仪对第一透射参考平晶T₁工作面A和待测平行平晶S前表面B进行一次干涉测量得结果M₁，公式如下：

M₁＝2B(x,y)-2A(x,y)(1)

式中，A(x,y)表示第一透射参考平晶T₁工作面A的面形误差，B(x,y)表示待测平行平晶S前表面B面形误差。

步骤2，如图3所示，沿着光轴方向，在待测平行平晶S后面放置反射参考平晶R，对第一透射参考平晶T1工作面A和反射参考平晶R工作面D进行一次干涉测量，得到待测平行平晶S的透射测量结果M₂，公式如下：

M₂＝2B(x,y)-2A(x,y)+2n₀[C(x,y)-B(x,y)]+2D(x,y)-2C(x,y)+2δ(2)

式中，n₀表示待测平行平晶S的折射率名义值，δ表示待测平行平晶S光学非均匀性引入的波像差，C(x,y)表示待测平行平晶S后表面C的面形误差，D(x,y)表示反射参考平晶R工作面D的面形误差。

步骤3，如图4所示，将待测平行平晶S绕y轴旋转180度，对第一透射参考平晶T₁工作面A和待测平行平晶S后表面C进行一次干涉测量得结果M₃，公式如下：

M₃＝-2C(-x,y)-2A(x,y)(3)

式中，C(-x,y)表示沿y轴对待测平行平晶S后表面C的面形误差进行镜像反转；

将测量结果M₃沿y轴进行镜像反转得到

$M_3^{\mathrm{vy}}=-2C(x,y)-2A(-x,y)---\left(4\right)$

其中，A(-x,y)表示沿y轴对第一透射参考平晶T₁工作面A的面形误差进行镜像反转。

步骤4，如图5所示，取走待测平行平晶S，对第一透射参考平晶T₁工作面A和反射参考平晶R工作面D进行一次空腔干涉测量得结果M₄，公式如下：

M₄＝2D(x,y)-2A(x,y)(5)

步骤5，如图6所示，用第二透射参考平晶T₂替换第一透射参考平晶T₁，第二透射参考平晶T₂作为干涉仪参考镜，将第一透射参考平晶T₁绕y轴旋转180度，对第二透射参考平晶T₂工作面E和第一透射参考平晶T₁工作面A进行一次干涉测量得结果M₅，公式如下：

M₅＝-2A(-x,y)-2E(x,y)(6)

其中，E(x,y)表示第二透射参考平晶T₂工作面E的面形误差。

步骤6，如图7所示，对第二透射参考平晶T₂工作面E和反射参考平晶R工作面D进行一次干涉测量得结果M₆，公式如下：

M₆＝2D(x,y)-2E(x,y)(7)

步骤7，综合步骤1～6的测量结果，联立公式(1)、(2)、(4)、(5)、(6)、(7)，得到待测平行平晶S的光学非均匀性Δn：

$\begin{array}{c}\mathrm{\Δn}=\frac{\mathrm{\δ}}{d}\\ =\frac{M_2-M_4+(n_0-1)[M_1+M_3^{\mathrm{vy}}-(M_4+M_5-M_6)]}{2d}\\ =\frac{(n_0-1)M_1+M_2+(n_0-1)M_3^{\mathrm{vy}}-n_0{M}_4-(n_0-1)M_5+(n_0-1)M_6}{2d}\end{array}---\left(8\right)$

式中，d是待测平行平晶S的厚度。

综上所述，本发明测量结果不受透射参考平晶面形和反射参考平晶面形精度的影响，测量对象不受前后表面平行度的限制，测量精度高、容易实现。

Claims (8)

1.一种平行平晶光学非均匀性的绝对测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，建立坐标系，以斐索型激光干涉仪的光轴发射方向为z轴，垂直地面方向为y轴，x轴、y轴、z轴构成拇指沿光轴方向的右手坐标系；采用斐索型激光干涉仪对第一透射参考平晶T₁工作面A和待测平行平晶S前表面B进行一次干涉测量得结果M₁；

步骤2，沿着光轴方向，在待测平行平晶S后面放置反射参考平晶R，对第一透射参考平晶T1工作面A和反射参考平晶R工作面D进行一次干涉测量，得到待测平行平晶S的透射测量结果M₂；

步骤3，将待测平行平晶S绕y轴旋转180度，对第一透射参考平晶T₁工作面A和待测平行平晶S后表面C进行一次干涉测量得结果M₃，将测量结果M₃沿y轴进行镜像反转得到

步骤4，取走待测平行平晶S，对第一透射参考平晶T₁工作面A和反射参考平晶R工作面D进行一次空腔干涉测量得结果M₄；

步骤5，用第二透射参考平晶T₂替换第一透射参考平晶T₁，第二透射参考平晶T₂作为干涉仪参考镜，将第一透射参考平晶T₁绕y轴旋转180度，对第二透射参考平晶T₂工作面E和第一透射参考平晶T₁工作面A进行一次干涉测量得结果M₅；

步骤6，对第二透射参考平晶T₂工作面E和反射参考平晶R工作面D进行一次干涉测量得结果M₆；

步骤7，综合步骤1～6的测量结果，得到待测平行平晶S的光学非均匀性Δn。

2.根据权利要求1所述的平行平晶光学非均匀性的绝对测量方法，其特征在于，步骤1所述采用斐索型激光干涉仪对第一透射参考平晶T₁工作面A和待测平行平晶S前表面B进行一次干涉测量得结果M₁，公式如下：

M₁＝2B(x,y)-2A(x,y)(1)

式中，A(x,y)表示第一透射参考平晶T₁工作面A的面形误差，B(x,y)表示待测平行平晶S前表面B面形误差。

3.根据权利要求1所述的平行平晶光学非均匀性的绝对测量方法，其特征在于，步骤2所述对第一透射参考平晶T1工作面A和反射参考平晶R工作面D进行一次干涉测量，得到待测平行平晶S的透射测量结果M₂，公式如下：

M₂＝2B(x,y)-2A(x,y)+2n₀[C(x,y)-B(x,y)]+2D(x,y)-2C(x,y)+2δ(2)

式中，n₀表示待测平行平晶S的折射率名义值，δ表示待测平行平晶S光学非均匀性引入的波像差，C(x,y)表示待测平行平晶S后表面C的面形误差，D(x,y)表示反射参考平晶R工作面D的面形误差。

4.根据权利要求1所述的平行平晶光学非均匀性的绝对测量方法，其特征在于，步骤3所述对第一透射参考平晶T₁工作面A和待测平行平晶S后表面C进行一次干涉测量得结果M₃，公式如下：

M₃＝-2C(-x,y)-2A(x,y)(3)

式中，C(-x,y)表示沿y轴对待测平行平晶S后表面C的面形误差进行镜像反转；

将测量结果M₃沿y轴进行镜像反转得到

$M_3^{\mathrm{vy}}=-2C(x,y)-2A(-x,y)---\left(4\right)$

其中，A(-x,y)表示沿y轴对第一透射参考平晶T₁工作面A的面形误差进行镜像反转。

5.根据权利要求1所述的平行平晶光学非均匀性的绝对测量方法，其特征在于，步骤4所述对第一透射参考平晶T₁工作面A和反射参考平晶R工作面D进行一次空腔干涉测量得结果M₄，公式如下：

M₄＝2D(x,y)-2A(x,y)(5)

。

6.根据权利要求1所述的平行平晶光学非均匀性的绝对测量方法，其特征在于，步骤5所述对第二透射参考平晶T₂工作面E和第一透射参考平晶T₁工作面A进行一次干涉测量得结果M₅，公式如下：

M₅＝-2A(-x,y)-2E(x,y)(6)

其中，E(x,y)表示第二透射参考平晶T₂工作面E的面形误差。

7.根据权利要求1所述的平行平晶光学非均匀性的绝对测量方法，其特征在于，步骤6所述对第二透射参考平晶T₂工作面E和反射参考平晶R工作面D进行一次干涉测量得结果M₆，公式如下：

M₆＝2D(x,y)-2E(x,y)(7)

。

8.根据权利要求1所述的平行平晶光学非均匀性的绝对测量方法，其特征在于，步骤7所述综合步骤1～6的测量结果，得到待测平行平晶S的光学非均匀性Δn：

$\begin{array}{c}\mathrm{\Δn}=\frac{\mathrm{\δ}}{d}\\ =\frac{M_2-M_4+(n_0-1)[M_1+M_3^{\mathrm{vy}}-(M_4+M_5-M_6)]}{2d}\\ =\frac{(n_0-1)M_1+M_2+(n_0-1)M_3^{\mathrm{vy}}-n_0{M}_4-(n_0-1)M_5+(n_0-1)M_6}{2d}\end{array}---\left(8\right)$

式中，d是待测平行平晶S的厚度。