在对平板型光学元件或光学系统进行综合质量的检测时,通常采用的是干涉法。基本的原理就是通过研究光波经过光学元件或光学系统后反射或透射的波阵面上产生的变化来确定被测元件或光学系统的质量。此种方法的检测精度可以达到 ,但是测量平行平板型光学元件面形时会产生干扰条纹,主要是平行光在参考平板的上表面、被测件的下表面和反射镜表面都会反射(或多次反射)一部分光而形成非期望的杂散光。如果这些光的相干性能非常好,那么这些杂散光叠加到干涉场上会产生寄生条纹和背景光,形成固定形式的误差,这类误差会体现在测量结果中,影响测量的精度。此外,对于特殊用途的窗口材料,寄生条纹的存在会严重干扰测量精度。本论文针对平板前后表面多次反射产生的寄生条纹的消除提出了方案并做了详细的理论推导,实验现象和数据证实了可行性。63707
(1)检测光学元件的前表面时,光学元件后表面的反射光与参考光可以干涉在背景上形成杂散光,传统的简易的消除方法是在在平行平板光学元件的后表面涂覆凡士林油或涂抹油脂[8],减少下表面产生的杂散光,进而避免或减少后表面反射光与参考光干涉形成的杂散条纹。该方法的问题在于测量后不易彻底清洗光学元件,且涂覆油脂会影响某些光学材料的表面质量。通常干涉中用到的标准平晶的后表面的反射光也会参与干涉叠加到干涉域,影响待测干涉条纹的对比度。一般的解决办法是把标准平晶做成楔形板,以阻止标准平晶上表面反射的光线进入市场。
(2)L.Deck[9]提出波长调谐时域傅里叶变化算法,它能同时得到平行平板前后表面的面形信息及材料的均匀性,但它需要昂贵的波长调谐激光仪,120幅随波长变化的干涉条纹图,算法复杂,运算周期长。
(3)James C.Wyant[10,15,16]提出由于沿着平行平板楔角方向参与有用干涉的三束光的矢量和随着平板厚度变化而变化,他用理论和实验结果证明了当反射镜倾斜的时候可以补偿多次反射产生的相位影响,也验证了通过同时将平板和反射镜倾斜一定角度来消除多次反射造成的影响。这种方法可以用来测量只有几角秒的小楔角平板,而不必在两个面上都采用减反膜。
(4)高精度测量光学元件面形的方法主要是移相干涉测量法[11-13],测量系统为激光干涉仪。一般使用的光源是单横模激光,具有很强的空间相干性和时间相干性,所以在干涉成像系统里,光学元件表面的反射或散射都很容易产生杂散条纹,尤其是平行光学元件(如CCD前面的保护玻璃盖论文网、偏振分光棱镜、被测平形平板等)表面反射会引起多表面干涉,将严重影响波前测量结果。徐建程[8]等人提出了一种简单实用的单幅三表面干涉条纹傅里叶分析法。在斐索干涉仪上采集一幅三表面(参考面、平板前表面和平板后表面)干涉条纹图,根据三表面干涉时各个表面干涉的条纹调制度不同,用从用傅里叶法得到的表面干涉图频谱中提取测试面的频谱,从而准确地恢复测试面的面形。单幅三表面干涉条纹傅里叶分析法它只要求单幅三表面条纹就能得到测试面的面形,硬件要求简单,极易实现,数据量小,运算速度快,对振动不敏感。它还可以提取三表面干涉条纹的其他频谱信息,从而从单幅干涉图中同时得到平板的前后表面及材料的均匀性,是一种非常实用的方法。
(5)王军、陈磊[14]等人从相干性出发提出了采用短相干光干涉来解决使用激光干涉仪测量平行平板光学元件面形时产生干扰条纹的问题。在泰曼-格林干涉仪上使用钠光光源,当被测平板光学元件的前表面(被测面)的反射光与参考光干涉时,由于钠光的相干长度短,平板后表面的反射光无法同时与参考光干涉,对于厚度超过钠光相干长度的平板元件,前后表面的反射光也无法干涉,从而有效地避免了干扰条纹的产生。