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微知识 | 光学元件曲率半径的测量

2021-12-29 09:42| 发布者：Davis| 查看：672| 评论：0|原作者: 光电汇OESHOW

摘要：本文介绍了光学元件曲率半径的测量方法，其中主要使用菲索式激光干涉仪进行测试。通过测试干涉条纹，可以精确判定“猫眼”和共焦位置，从而记录下自“猫眼”至共焦位置的位移来计算曲率半径。此外，文章还介绍了测试系统需要注意的配置及精度问题，保证测试精度达到微米级别甚至是百万分之一的水平。

曲率半径测量的意义

光学元件的曲率半径，是光学设计与制造的一个重要参数。

使用菲索式激光干涉仪，测得的球面面形结果，是去除最佳拟合球面之后的面形误差。其意义在于，被测表面有多接近一个最佳拟合的理想球面，但这个最佳球面曲率半径是多少，和器件的设计值差多少，是不知道的。

为了全面了解光学器件的性能，还需要精确计量球面光学器件的曲率半径。

使用激光干涉仪，测试曲率半径的原理及步骤：

激光干涉仪通过测试干涉条纹，可以精确判定“猫眼”和共焦位置；通过光栅尺或激光测距仪，可精确记录下自“猫眼”至共焦位置的位移。最终，曲率半径等于“猫眼”至共焦位置（或者共焦至“猫眼”位置）的位移，加上干涉仪在两个位置，根据干涉条纹测得精确位置补偿。

R(曲率半径)=Z(位移读数)+Z(猫眼位置补偿)+Z(共焦位置补偿)

（注：当球面标准镜产生的激光波前，正好汇聚于球面上时，会产生特殊类似“猫眼”的条纹，所以称这一位置为“猫眼”位置。）

曲率半径测试的配置及精度：

在所有硬件选项中，使用光栅尺还是使用激光测距仪来记录位移变化，决定了曲率半径测量的最好精度。

空气扰动、温度变化、振动对于面形测试精度有比较大的影响。稳定的环境是高精度波前干涉测量的关键，这样才能确保“猫眼”及共焦位置的测试精度。

卧式配置的光学平台和导轨结构，立式系统的支撑及丝杆机构，都需要专门设计。这样才具备良好的机械精度和稳定性。

测试系统需要仔细地调校和标定。

理想情况下，使用光栅尺记录位移，短腔曲率半径测试重复性可以达到微米级别。如果使用激光测距仪记录位移，采用特殊设计的架构和夹具，曲率半径测试最高可达到PPM百万分之一，短腔百纳米级别的重复性。

文章转自：ZYGO在线