基于变焦系统的等厚等倾复合型干涉仪
发布时间：2020-09-03 08:37
干涉仪是应用干涉测量技术对光学材料、元件、系统的各种参量进行高精度测量的光学测试仪器。针对单个干涉仪应用范围受限的问题,本论文研究了一种利用变焦系统能根据测量需求实现等厚干涉和等倾干涉之间切换的复合型干涉仪,为研制更高性能的干涉仪进行一定的理论基础研究及关键技术储备,对于实际工程有着一定的指导意义。论文分析了干涉原理和常用干涉仪光路结构及工作原理,确定了等厚等倾复合型干涉仪的设计方案,并针对设计中需要注意的事项进行分析,完成了干涉仪光学系统的设计,对等厚及等倾干涉进行了仿真,得到了干涉图。而后完成了干涉仪整机结构设计,设计了专用的固紧及调节机构。对于干涉仪内杂散光的抑制,从光学元件、机械结构以及表面特性这三个方面给出了具体方案,利用TracePro软件对干涉仪系统三维建模,对等厚干涉和等倾干涉分别进行光线追迹,结果表明干涉仪对系统内部非期望杂散光抑制水平较高,干涉条纹具有良好的对比度。
【学位单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH744.3
【部分图文】：
成干涉仪产生等倾干涉及等厚干涉之间的转换，使干涉仪既能够利用等厚干涉用以检测平面和球面的面形及光学材料均匀性，也能利用等倾干涉用于较大平晶平面度和较大玻璃平板工作面平行度检测。同时也为研制更高性能的干涉仪进行一定的理论基础研究及关键技术储备，用以实现干涉仪产业化、商品化，缩短同国外的差距。1.2 国内外研究进展1.2.1 国外研究进展自 1881 年由美国著名物理学家 AlbertAbraham Michelson 发明了可用以测定微小长度、折射率以及光波波长的迈克尔逊干涉仪后，干涉测量技术得到了迅猛发展，长期处于精密工程的前沿领域。由于国外对干涉仪研制上起步较早，器件、工艺及加工等诸多方面更为成熟，所以在干涉测量领域一向有着领先地位[20]。
基于波长调谐移相干涉原理，用以消除 PZT 移相导致的滞后性、非线性等诸多问题。光源选用中心波长为685nm的半导体激光器，CCD相机分辨率为2048×2048，对平面样品测量 PV 值重复性可达 5nm，RMS 值可达 0.56nm。图 1.1（b）为 GPITMXP系列干涉仪。2010 年，美国 ESDI 公司向市场推出了测量口径为 102mm 的 IntellmmTMZ100 系列立式激光干涉仪[23]，如图 1.2（a）所示，采用斐索结构，基于 PZT 移相干涉原理，有 IntellmmTMZ100、IntellmmTMHR、IntellmmTMNIR 三种型号，检测软件选用 Zernike以及 Seidel 波面拟合法来进行面型拟合。校正后仪器测量精度为 λ/100，RMS 值为0.1mm。随后又推出了 IntelliumTMH2000 型同步移相式斐索型干涉仪，测量口径为102mm，装上附件能对 33mm，150mm，200mm 及 300mm 不同口径进行检测，对振动和其他环境干扰抑制效果明显，如图 1.2（b）所示。该系列干涉仪以专利技术HyperPhaseTM模块取代普通相机，可同时生成三幅精密的相移干涉图，经处理后得到三维面形图。校准后测量精度为 λ/100，RMS 值优于 0.35nm，重复测量精度为 λ/300。
长春光机所的韩东松等人研制出了共光路斐索型动态干涉仪[26]，采用偏振光干涉原理，选用波长为 783nm 的短相干光源。利用两个旋转方向互为 45°夹角的偏振分光棱镜，使四个 CCD 相机能够在同一时刻采集到四副相位分别为 0°、90°、180°及 270°的干涉图，能够对大口径、长焦距光学元件实现快速、高精度测量。因存在棱镜分光结构，导致由四个 CCD 相机采集得到的条纹图对比度不同，影响干涉仪测量精度。2013 年，南京理工大学郭仁慧等人成功研制出了一台检测口径达 600mm 的波长移相式激光干涉仪[27]，主机选用斐索结构，光路简图如图 1.3 所示。光源选用中心波长为 1055mm 的可调谐激光器，利用高精度电压驱动源，达成对波长调谐的精密控制针对红外光的不可见性，配备了可见光半导体激光器来辅助完成系统调试。采用基于一维时域傅立叶变换的移相量标定方法，解决了波长移相干涉在不同干涉腔长下检测时移向量的标定问题。用以大口径光学零件面形及光学材料均匀性检测。但测量中易受环境振动，标定误差等带来的移向误差影响，导致 6 个频谱产生混叠，给最终波面计算带来误差。干涉仪测量精度 PV 值可达 64.4nm，RMS 值可达 9.5nm，测量不确定度优于 λ/15。
【学位单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH744.3
【部分图文】：
成干涉仪产生等倾干涉及等厚干涉之间的转换，使干涉仪既能够利用等厚干涉用以检测平面和球面的面形及光学材料均匀性，也能利用等倾干涉用于较大平晶平面度和较大玻璃平板工作面平行度检测。同时也为研制更高性能的干涉仪进行一定的理论基础研究及关键技术储备，用以实现干涉仪产业化、商品化，缩短同国外的差距。1.2 国内外研究进展1.2.1 国外研究进展自 1881 年由美国著名物理学家 AlbertAbraham Michelson 发明了可用以测定微小长度、折射率以及光波波长的迈克尔逊干涉仪后，干涉测量技术得到了迅猛发展，长期处于精密工程的前沿领域。由于国外对干涉仪研制上起步较早，器件、工艺及加工等诸多方面更为成熟，所以在干涉测量领域一向有着领先地位[20]。
基于波长调谐移相干涉原理，用以消除 PZT 移相导致的滞后性、非线性等诸多问题。光源选用中心波长为685nm的半导体激光器，CCD相机分辨率为2048×2048，对平面样品测量 PV 值重复性可达 5nm，RMS 值可达 0.56nm。图 1.1（b）为 GPITMXP系列干涉仪。2010 年，美国 ESDI 公司向市场推出了测量口径为 102mm 的 IntellmmTMZ100 系列立式激光干涉仪[23]，如图 1.2（a）所示，采用斐索结构，基于 PZT 移相干涉原理，有 IntellmmTMZ100、IntellmmTMHR、IntellmmTMNIR 三种型号，检测软件选用 Zernike以及 Seidel 波面拟合法来进行面型拟合。校正后仪器测量精度为 λ/100，RMS 值为0.1mm。随后又推出了 IntelliumTMH2000 型同步移相式斐索型干涉仪，测量口径为102mm，装上附件能对 33mm，150mm，200mm 及 300mm 不同口径进行检测，对振动和其他环境干扰抑制效果明显，如图 1.2（b）所示。该系列干涉仪以专利技术HyperPhaseTM模块取代普通相机，可同时生成三幅精密的相移干涉图，经处理后得到三维面形图。校准后测量精度为 λ/100，RMS 值优于 0.35nm，重复测量精度为 λ/300。
长春光机所的韩东松等人研制出了共光路斐索型动态干涉仪[26]，采用偏振光干涉原理，选用波长为 783nm 的短相干光源。利用两个旋转方向互为 45°夹角的偏振分光棱镜，使四个 CCD 相机能够在同一时刻采集到四副相位分别为 0°、90°、180°及 270°的干涉图，能够对大口径、长焦距光学元件实现快速、高精度测量。因存在棱镜分光结构，导致由四个 CCD 相机采集得到的条纹图对比度不同，影响干涉仪测量精度。2013 年，南京理工大学郭仁慧等人成功研制出了一台检测口径达 600mm 的波长移相式激光干涉仪[27]，主机选用斐索结构，光路简图如图 1.3 所示。光源选用中心波长为 1055mm 的可调谐激光器，利用高精度电压驱动源，达成对波长调谐的精密控制针对红外光的不可见性，配备了可见光半导体激光器来辅助完成系统调试。采用基于一维时域傅立叶变换的移相量标定方法，解决了波长移相干涉在不同干涉腔长下检测时移向量的标定问题。用以大口径光学零件面形及光学材料均匀性检测。但测量中易受环境振动，标定误差等带来的移向误差影响，导致 6 个频谱产生混叠，给最终波面计算带来误差。干涉仪测量精度 PV 值可达 64.4nm，RMS 值可达 9.5nm，测量不确定度优于 λ/15。
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 羡一民;;He-Ne激光的波长检测及稳频技术——激光干涉仪技术综述之二[J];工具技术;2014年11期
2 刘满林;杨旺;许伟才;;干涉仪成像畸变引起测量误差的校正方法[J];光学精密工程;2011年10期
3 田伟;王平;王汝冬;隋永新;王立朋;杨怀江;;φ150mm菲索干涉仪球面标准具结构分析与设计[J];光学技术;2011年03期
4 邵s
本文编号：2811208
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