一种等边三棱镜顶角偏差测量方法与流程

本发明属于光干涉测量技术领域，特别是一种等边三棱镜顶角偏差测量方法。

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，进而改变光学系统的波像差。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。

国内外专家对等边三棱镜顶角偏差的检测方法进行了大量的研究。主要有自准直法、平行光法、内角反射法。基于自准直望远镜的自准直法进行等边三棱镜顶角偏差的检测时，需要两次调整望远镜与待测顶角的两侧边分别垂直，测量精度受限于分度盘的精度，测量结果的不确定度值较大；平行光法进行等边三棱镜顶角偏差的检测，要求调节分光计接收平行光经待测顶角的两侧边反射的光，系统操作复杂、调节要求高；基于干涉测量的内角反射法进行等边三棱镜顶角偏差的检测，需要干涉仪的出射光在棱镜内部多次反射，若棱镜材料的均匀性不好，会导致光线偏转，影响测量精度。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种测量精度高、操作简便的利用斐索型激光干涉仪测量等边三棱镜的顶角偏差的测量方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种等边三棱镜顶角偏差测量方法，该方法基于斐索型激光干涉系统，使用外角补偿法测量等边三棱镜的顶角偏差，具体包括以下步骤：

步骤1，在干涉仪测量光路中固定一个60°的角镜，且角镜的角平分线与干涉仪出射光的光轴平行，测量自准直返回的两支光的夹角；

步骤2，将待测等边三棱镜放在干涉仪与角镜之间，且待测顶角正对干涉仪；由干涉图测量出经等边三棱镜待测顶角的两个侧面，再分别经角镜两个面反射回来的两支光的夹角；

步骤3，根据步骤1、2的测量结果，计算待测等边三棱镜的顶角偏差。

进一步地，步骤1所述在干涉仪测量光路中固定一个60°的角镜，且角镜的角平分线与干涉仪出射光的光轴平行，测量自准直返回的两支光的夹角，具体如下：

(1.1)调整待测组成角镜的两反射镜的姿态，使分别经两反射镜返回的光自准直回去，且两组干涉条纹数均少于设定值；

(1.2)利用斐索型激光干涉仪，采集经参考镜返回的光与角镜两侧面分别返回的光形成的两组干涉条纹，分析得到角镜两侧面分别返回的光的夹角θ。

进一步地，步骤2所述所述将待测等边三棱镜放在干涉仪与角镜之间，且待测顶角正对干涉仪；由干涉图测量出经等边三棱镜待测顶角的两个侧面，再分别经角镜两个面反射回来的两支光的夹角，具体步骤如下：

(2.1)将待测三棱镜固定在调整架上，并将待测顶角正对干涉仪出光口。粗调三棱镜的姿态，使干涉仪出射光经三棱镜顶角的两侧面，再分别经角镜两反射面返回的光自准直回去，得到干涉图；

(2.2)调节固定三棱镜的调整架，精调三棱镜的姿态，直至两组干涉条纹数均少于设定值；

(2.3)由干涉图测量出反射回来的两支光的夹角

进一步地，步骤3所述根据步骤1、2的测量结果，计算待测等边三棱镜的顶角偏差δθ，公式如下：

其中，θ为角镜两侧面分别返回的光的夹角，为由干涉图测量出的反射回来的两支光的夹角。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)采用斐索型激光干涉仪测量60°角镜的角度偏差和自准直回来的两支光的夹角，根据理论关系推导，由上述测量结果可计算得到待测三棱镜的顶角偏差，共两步测量，步骤少，操作简单；(2)避免了常规内角反射测量由于待测件自身材料均匀性等问题引入的误差，适用于等边三棱镜顶角偏差的高精度测量。

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为本发明等边三棱镜顶角偏差测量方法的流程图。

图3为本发明60°角镜角度偏差测量示意图。

图4为本发明待测等边三棱镜顶角角度偏差示意图。

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4，本发明等边三棱镜顶角偏差测量方法，包括以下步骤：

步骤1，如图3所示，在干涉仪测量光路中固定一个60°的角镜，且角镜的角平分线与干涉仪出射光的光轴平行。调整待测组成角镜的两反射镜的姿态，使分别经两反射镜返回的光自准直回去，且两组干涉条纹数均少于设定值。利用干涉仪采集经参考镜返回的光与角镜两侧面分别返回的光形成的两组干涉条纹，加以分析，得到角镜两侧面分别返回的光的夹角。

步骤2，如图4所示，将待测三棱镜固定在调整架上，并将待测顶角正对干涉仪出光口。粗调三棱镜的姿态，使干涉仪出射光经三棱镜顶角的两侧面，再分别经角镜两反射面返回的光自准直回去，得到干涉图；调节固定三棱镜的调整架，精调三棱镜的姿态，直至两组干涉条纹数均少于设定值；由干涉图测量出反射回来的两支光的夹角

步骤3，综合步骤1、2的测量结果，得到待测等边三棱镜的顶角偏差δθ：

其中，θ为角镜两侧面分别返回的光的夹角，为由干涉图测量出的反射回来的两支光的夹角。

实施例1

本发明等边三棱镜顶角偏差测量方法，该方法基于斐索型激光干涉仪系统，具体包括以下步骤：

步骤1，在干涉仪测量光路中固定一个60°的角镜，且角镜的角平分线与干涉仪出射光的光轴平行，测量自准直返回的两支光的夹角，具体如下：

(1.1)调整待测组成角镜的两反射镜的姿态，使分别经两反射镜返回的光自准直回去；

(1.2)利用斐索型激光干涉仪，采集经参考镜返回的光与角镜两侧面分别返回的光形成的两组干涉条纹，加以分析，得到角镜两侧面分别返回的光的夹角θ。

步骤2，将待测等边三棱镜放在干涉仪与角镜之间，且待测顶角正对干涉仪。由干涉图测量出经等边三棱镜待测顶角的两个侧面，再分别经角镜两个面反射回来的两支光的夹角，具体步骤如下：

(2.1)将待测三棱镜固定在调整架上，并将待测顶角正对干涉仪出光口。粗调三棱镜的姿态，使干涉仪出射光经三棱镜顶角的两侧面，再分别经角镜两反射面返回的光自准直回去，得到干涉图；

(2.2)调节固定三棱镜的调整架，精调三棱镜的姿态，直至两组干涉条纹数均较少；

(2.3)由干涉图测量出反射回来的两支光的夹角

步骤4，根据步骤1、2的测量结果，计算待测等边三棱镜的顶角偏差δθ：

综上所述，本发明提出的一种等边三棱镜顶角偏差测量方法，利用斐索型激光干涉仪对待测的等边三棱镜进行干涉测量，通过两步波面测量，最终计算得到待测等边三棱镜的顶角偏差。本发明所使用的测量方法共进行两步测量，测量精度高、操作简单、容易实现。