光學(xué)玻璃光學(xué)均勻性高精度測量技術(shù)
高質(zhì)量的透射光學(xué)系統(tǒng)對光學(xué)材料的光學(xué)均勻性要求非常高,材料局部折射率10-6量級的變化就可能破壞整個系統(tǒng)的性能。詳細介紹了三種用于測量光學(xué)玻璃光學(xué)均勻性的干涉法,研制了一臺高精度光學(xué)玻璃材料光學(xué)均勻性測量儀。
為避免樣品面形的影響,最簡單的方法就是分別測量樣品的兩個表面。樣品的前表面容易測量,為測量其后表面,要繞與光軸垂直的軸翻轉(zhuǎn)樣品180o。這種方法可以用圖3所示的測量系統(tǒng)。
測量系統(tǒng)中,假設(shè)系統(tǒng)的參考平面誤差為S(x,y),樣品前表面的面形誤差為A(x,y),樣品后表面的面形誤差為B(x,y),系統(tǒng)后反射面的面形誤差為C(x,y),樣品的折射率為n0,樣品的厚度為t,△n(x,y)為此樣品的折射率變化量(即不均勻性),則 第一步,樣品前表面反射光波與參考光波干涉檢測得到波相差: M1(x,y)=2 S(x,y)+2 A(x,y) (2) 第二步,樣品繞x軸翻轉(zhuǎn)180o后,其后表面反射光波與參考光波干涉檢測得到波相差: M2(x,y)=2 S(x,y)+2 B(x,-y) (3) 可以在數(shù)學(xué)上使M2(x,y)繞軸翻轉(zhuǎn)180o,從而得到 M′2(x,y)= M2(x,-y)=2 S(x,-y)+2 B(x,y) (4) 第三步,樣品在參考面和系統(tǒng)后反射面之間時,系統(tǒng)后表面反射光波與參考光波干涉檢測得到波相差: M3(x,y)=2 C(x,y)-2(n0-1)A(x,y)-2(n0-1)B(x,y)+2t△n(x,y)+2 S(x,y) (5) 第四步,取出樣品后,系統(tǒng)后表面反射光波與參考光波干涉檢測得到波相差: M4(x,y)=2 C(x,y)+2 S(x,y) (6) 在方程(5)減方程(6)后,再加上(n0-1)乘以方程(2)加方程(4)得到 M3(x,y)- M4(x,y)+(n0-1)[ M1(x,y)+ M′2(x,y)] =-2(n0-1)[A(x,y)+ B(x,y)]+ 2t△n(x,y)+2(n0-1)[A(x,y)+ B(x,y)+ S(x,y)+ S(x,-y)] =2t△n(x,y)+2(n0-1)[ S(x,y)+ S(x,-y)] (7) 于是 △n(x,y)={ M3(x,y)- M4(x,y)+(n0-1)[ M1(x,y)+ M′2(x,y)]}/ 2t-(n0-1)[ S(x,y)+ S(x,-y)] =2t△n(x,y)+ 2(n0-1)[ S(x,y)+ S(x,-y)] (8) 可以看到,在上面的計算式中,既不包含樣品的面形誤差,也不包含系統(tǒng)后反射鏡的面形誤差,這樣在原理上就避免了對樣品和系統(tǒng)后反射鏡的面形的高質(zhì)量要求。但也看到,系統(tǒng)的誤差不但沒有消除(除非它的誤差沿轉(zhuǎn)動軸反對稱),而且實際上反而增加了。 2.3 絕對測量法[ 2 ~ 4 ] 為避免系統(tǒng)誤差的影響,可以用如圖4和圖5所示的測量過程。 同上面的樣品翻轉(zhuǎn)法一樣,假設(shè)系統(tǒng)的參考平面誤差為S(x,y),樣品前表面的面形誤差為A(x,y),樣品后表面的面形誤差為B(x,y),系統(tǒng)后反射面的面形誤差為C(x,y),樣品的折射率為n0,樣品的厚度為t,△n(x,y)為此樣品的折射率變化量(即不均勻性),則 第一步,樣品前表面反射光波與參考光波干涉檢測得到波相差: M1(x,y)=2 S(x,y)+2 A(x,y) (9) 第二步,樣品后表面反射光波與參考光波干涉檢測得到波相差: M2(x,y)=2 S(x,y) -2n0B(x,y) - 2(n0-1)A(x,y) +2t△n(x,y) (10) 第三步,樣品在參考面和系統(tǒng)后反射面之間時,系統(tǒng)后表面反射光波與參考光波干涉檢測得到波相差: M3(x,y)=2 C(x,y)-2(n0-1)A(x,y)- 2(n0-1)B(x,y)+2t△n(x,y)+2 S(x,y) (11)[/A] |
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