大口径高平行度光学元件波前检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光学测量技术领域，特别涉及一种大口径高平行度光学元件波前检测装置，主要应用于大型激光聚变装置、军工、航天等领域所需的大口径高平行度光学元件波前的工序检和终检。
【背景技术】
[0002]近些年来，随着大口径光学系统在天文光学、空间科学研究、地基空间目标探测与识别、惯性约束核聚变等高科技领域中的广泛应用，由于大口径光学元件的特殊性，人们对大口径光学元件的波前误差精度要求越来越高，同时也需要有与之相应的高精度检测手段来判断其波前误差是否满足要求。
[0003]平行平板属于大口径光学件中的一种，如应用在高功率激光系统中的大口径偏振片在加工成型后一般都具有很高的平行度(即表面平行差小于10〃)，特别是对于工作在透射和反射模式下的大口径偏振片，对于两面的波前误差都具有较高的要求，最终还需要在表面镀膜。在使用一般的大口径波长移相干涉仪检测的过程中，由于其后表面产生的反射光会引入自干涉条纹，会严重影响波前测量的结果。大口径偏振片实际是在布儒斯特角下使用的，在检测的过程中还需要对元件进行转角度(非0°入射)放置，这进一步增加了检测的难度。
[0004]在垂直入射(0°入射)的情况下，可以把待测样品加工成楔角或在被测元件的后表面涂凡士林，但它不易擦洗且可能会影响光学表面质量(例如后表面也是工作面的情况)，对于已镀膜元件更不能采用这种方法。在商用的大口径波长移相干涉仪上，ZYGO公司提出了多表面傅里叶变换相移测试方法(Deck.L , Four i er-transform phase-shiftinginterferometry[J] ,Applied Optic,2003,42(13):2354-2365)，能够得到被测波前的准确结果。
[0005]在实际使用角度(非0°入射)的情况下，使用大口径波长移相干涉仪检测会出现后表面多次反射而产生的自干涉条纹的影响，进行相位解包计算以后会出现数据丢失的情况，造成波面数据的不完整，并且无法采用多表面傅里叶变换相移方法来检测。特别对于镀膜后的光学元件，不能在后表面涂凡士林，为了得到精确的测试结果需要使用短相干光源干涉仪来检测。
[0006]4D公司在商用同步移相菲索干涉仪专利技术(James E.Millerd,James C.Wyant,Simultaneousphase-shiftingFizeauinterf erome ter.U.S.Patent, 7,230,718,2007)提出了一种短相干光源光程匹配方案，干涉仪的光源采用短相干光源，可以实现对厚度大于
0.3mm的平行平板波前误差的检测，但是检测口径不能大于干涉仪的测试口径(Φ 100mm)，对于大口径光学元件无法进行全口径波前的检测。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是为了解决在0°和非0°入射情况下的大口径高平行度光学元件波前误差测试问题，提出一种大口径高平行度光学元件波前检测装置，该装置能对大口高平行度光学元件波前误差进行精确检测，有效的解决了一般商用大口径波长移相干涉仪在检测高平行度光学元件时候，由于后表面反射而产生的自干涉条纹造成波面无法解包计算的问题。
[0008]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0009]一种大口径高平行度光学元件波前检测装置，其特点在于该装置包括小口径短相干光源平面干涉仪主机、扩束系统、标准镜和计算机，所述的扩束系统包括依次的小口径转折反射镜、扩束次镜组、大口径转折反射镜和准直主镜，所述的标准镜包括标准透射镜和标准反射镜，沿干涉仪主机的光束输出方向依次是所述的小口径转折反射镜、扩束次镜组、大口径转折反射镜、准直主镜、标准透射镜、待检光学元件和标准反射镜，所述的计算机通过数据线与所述的干涉仪主机相连，所述的计算机采集所述的干涉条纹，采用现有方法对所述的干涉条纹进行移相和解包计算，得到待检光学元件的波前信息。
[0010]干涉仪主机发出的小口径偏振准直光束经过扩束系统后变成大口径偏振准直光束，该光束经过标准透射镜后一部分被反射回去形成参考光束，一部分透过标准透射镜被待检光学元件表面反射回去形成测试光束，或经过待检光学元件被标准反射镜反射回去形成测试光束，参考光束和测试光束形成干涉条纹，所说的计算机对干涉条纹进行采集和分析计算，得到待检光学元件[8 ]的波前信息。通过计算机对干涉条纹进行采集，采用现有方法对干涉条纹进行移相和解包计算，得到待检光学元件[8]的波前信息。
[0011]本发明与现有技术相比的优点在于:
[0012]1、本发明装置能够检测厚度大于0.3mm的大口径高平行度光学元件的波前误差，可以避免后表面多次反射而产生的自干涉条纹影响，且待检光学元件不需要再加工楔角，缩短了光学冷加工的周期。
[0013]2、本发明装置的扩束系统，由依次的小口径转折反射镜、扩束次镜组、大口径转折反射镜和准直主镜构成，使整个装置结构紧凑，光路缩短，减少了设备的占用场地。
[0014]3、本发明的检测装置可以实现大口径高平行度光学元件在入射角为0°和非0°情况下的反射、透射波前的检测。
[0015]4、所述的扩束系统的有效测试口径不限于600_，可扩束到800mm或者其他测试口径。
[0016]5、本发明装置不仅可以用于表面平行差小于10〃且不需要加工成一定的楔角的高平行度平面光学元件最终波前的检测，而且可以用于表面平行差大于10〃的其他光平面学元件波前的检测。
【附图说明】
[0017]图1是本发明大口径高平行度光学元件波前检测装置的结构示意图。
[0018]图2是大口径高平行度光学元件0°反射波前检测方法光路图。
[0019]图3是大口径高平行度光学元件0°透射波前检测方法光路图。
[0020]图4是大口径高平行度光学元件非0°反射波前检测方法光路图。
[0021 ]图5是大口径高平行度光学元件非0°透射波前检测方法光路图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0023]图1是本发明大口径高平行度光学元件波前检测装置的结构示意图，由图可知，本发明大口径高平行度光学元件波前检测装置，该装置包括小口径短相干光源平面干涉仪主机2、扩束系统、标准镜和计算机1，所述的扩束系统由依次的小口径转折反射镜3、扩束次镜组4、大口径转折反射镜5和准直主镜6构成，所述的标准镜包括标准透射镜7和标准反射镜9，沿干涉仪主机2的光束输出方向依次是所述的小口径转折反射镜3、扩束次镜组4、大口径转折反射镜5、准直主镜6、标准透射镜7、待检光学元件8和标准反射镜9，所述的计算机I通过数据线与所述的干涉仪主机2相连，所述的计算机I采集所述的干涉条纹，采用现有方法对所述的干涉条纹进行移相和解包计算，得到待检光学元件8的波前信息。
[0024]该系统把干涉仪主机小口径的偏振准直光束扩束到大口径发散光束，准直主镜6把大口径发散光束再准直成平行光束输出；标准镜包括标准透射镜7和标准反射镜9。干涉仪主机2发出的小口径偏振准直光束经过扩束系统后变成大口径偏振准直光束，该光束经过标准透射镜7后一部分被反射回去形成参考光束，一部分透过标准透射镜7被待检光学元件8表面反射回去形成测试光束，或经过待检光学元件8被标准反射镜9反射回去形成测试光束，参考光束和测试光束形成干涉条纹，通过计算机I对干涉条纹进行采集，所述的计算机I通过数据线与所述的干涉仪主机2相连，所述的计算机I采集所述的干涉条纹，采用现有方法对所述的干涉条纹进行移相和解包计算，得到待检光学元件8的波前信息。
[0025]本实施例采用的小口径短相干光源平面干涉仪主机是美国4D公司生产的商用动态菲索共光路型干涉仪，有效测试口径是Φ 100_。扩束系统的扩束倍数是6X，标准透射镜7和标准反射镜9的有效测试口径为Φ 600mm，波前加工质量要求PV优于0.U。
[0026]利用上述装置进行大口径高平行度光学元件波前的检测方法，包括:
[0027]如图2所示，在0°反射波前检测的情况下，使由准直主镜6出射的大口径准直光束经过标准透射镜7并垂直入射到待测元件8的表面，经过调整待测元件8使光束沿原路返回，利用干涉仪主机2的光程匹配技术得到干涉条纹并调节到干涉条纹数目最少，通过计算机I分析计算得到待测元件8的反射波前信息。
[0028]如图3所示，在0°透射波前检测的情况下，使由准直主镜6出射的大口径准直光束经过标准透射镜7的光束垂直透过待测元件8，入射到标准反射镜9的表面，经过调整标准反射镜9使光束沿原路返回，利用干涉仪主机2的光程匹配技术得到干涉条纹并调节到数目最少，通过计算机I分析计算得到待测元件的透射波前信息。
[0029]如图4所示，在非0°反波前检测的情况下，使由准直主镜I出射的大口径准直光束经过标准透射镜7，按照规定的测试角度入射到待测元件8的表面，再由待测元件8的表面反射到标准反射镜9表面，调整标准反射镜9使光束沿原路返回，利用干涉仪主机的光程匹配技术得到干涉条纹并调节到数目最少，通过计算机分析计算得到待测元件的非0°反射波前的信息。
[0030]如图5所示，在非0°透射波前检测的情况下，使由准直主镜6出射的大口径准直光束经过标准透射镜7的光束按照规定的入射角度透过待测元件8，再入射到标准反射镜9的表面，经过调整标准反射镜9使光束沿原路返回，利用干涉仪主机2的光程匹配技术得到干涉条纹并调节到数目最少，通过计算机I分析计算得到待测元件的非0°透射波前信息。
[0031]本发明有效的解决了在0°和非0°入射情况下的大口径高平行度光学元件波前误差检测的问题，解决了在检测高平行度光学元件时候，由于后表面反射而产生的自干涉条纹造成波面无法解包计算的问题，可实现大口径高平行度光学元件波前误差的精确检测。
【主权项】
1.一种大口径高平行度光学元件波前检测装置，其特征在于该装置包括小口径短相干光源平面干涉仪主机(2)、扩束系统、标准镜和计算机(I)，所述的扩束系统包括小口径转折反射镜(3)、扩束次镜组(4)、大口径转折反射镜(5)和准直主镜(6)，所述的标准镜包括标准透射镜(7)和标准反射镜(9)，沿干涉仪主机(2)的光束输出方向依次是所述的小口径转折反射镜(3)、扩束次镜组(4)、大口径转折反射镜(5)、准直主镜(6)、标准透射镜(7)、待检光学元件(8)和标准反射镜(9)，所述的计算机(I)通过数据线与所述的干涉仪主机(2)相连，所述的计算机(I)采集所述的干涉条纹，采用现有方法对所述的干涉条纹进行移相和解包计算，得到待检光学元件(8)的波前信息。
【专利摘要】一种大口径高平行度光学元件波前检测装置，该装置包括小口径短相干光源平面干涉仪主机、扩束系统、标准镜和计算机，本发明装置能对大口高平行度光学元件波前误差进行精确检测，有效地解决了一般商用大口径波长移相干涉仪在检测高平行度光学元件时候，由于后表面反射而产生的自干涉条纹造成波面无法解包计算的问题。
【IPC分类】G01M11/02
【公开号】CN105675262
【申请号】CN201610024221
【发明人】刘世杰, 周游, 白云波, 鲁棋, 张志刚
【申请人】中国科学院上海光学精密机械研究所
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月14日