雙波長斐索雷射幹涉儀的製作方法
2023-07-20 03:33:16
雙波長斐索雷射幹涉儀的製作方法
【專利摘要】雙波長斐索雷射幹涉儀涉及光學儀器領域，該幹涉儀第一雷射光源和第二雷射光源發出雷射，經過光纖耦合器耦合後，通過會聚透鏡將光會聚在小孔光闌處，經過小孔光闌後光發散出射，由分光鏡反射後，經由準直鏡準直形成平行光，照射在標準參考鏡上；一部分光經由標準參考鏡的參考面反射回來，形成參考波前；另一部分光透射過參考鏡後，照射在待測元件上，經由待測元件反射回來，形成測量波前；兩路反射波經過準直鏡返回，由分光鏡透射，通過成像鏡後，幹涉條紋由面陣探測器接收。可在兩個波長切換，可以對未鍍膜元件進行面形測試，還可以對鍍了632.8nm增透膜的光學元件進行面形測試，有效地擴充了現有單波長斐索雷射幹涉儀的檢測能力。
【專利說明】雙波長斐索雷射幹涉儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及光學儀器領域，特別涉及一種雙波長斐索雷射幹涉儀。
【背景技術】
[0002]斐索雷射幹涉儀主要用於元件的表面面形測量，它具有非接觸、無損傷、精確度高等突出優點，目前，已成為光學元件檢測的首選方式。菲索雷射幹涉儀通常由光源、擴束鏡、準直鏡、標準參考鏡、成像鏡、系統光闌、面陣探測器等部分組成。標準參考鏡是菲索雷射幹涉儀的重要組成部分，它將斐索雷射幹涉儀輸出的平面波轉化為一個高精度的球面波，用於球面元件的表面面形測量。
[0003]斐索雷射幹涉儀測量元件表面面形的原理如圖1所示。標準參考鏡11將斐索雷射幹涉儀輸出的平面波轉變為球形波，同時將輸出的雷射分離為參考光束和測量光束兩部分。標準參考鏡最後一個面稱為參考面12，一般是一個消球差的曲面。參考面大約將4%的雷射反射回幹涉儀，形成參考波前。剩餘的雷射作為測量波前，照射至待測元件13。測量光線垂直穿過參考面後，照射到待測元件表面，經過元件表面反射後，大約4%的雷射原路返回至參考面，並再次垂直穿過參考面，與參考波前形成明暗相間的幹涉條紋，被斐索雷射幹涉儀內部面陣探測器接收。由於測量波前攜帶了待測元件表面的面形信息，因此，通過數據處理，可以得到元件的表面面形。
[0004]美國的ZYGO公司已有商業化的斐索雷射幹涉儀出售，其工作波長主要為632.8nm，屬於單一工作波長的斐索雷射幹涉儀。可用於光學元件表面面形測量，以及對工作在632.Snm波長的光學系統性能進行測試。但該類斐索雷射幹涉儀存在兩個缺陷，一個是由於其只能發出632.Snm的工作波長，因此只能對工作在該波長的光學系統進行性能測試，對於其它波段的透射式光學系統則無法測量；另一個缺陷是無法對鍍有632.Snm增透膜的光學元件表面面形進行測試，原因是當元件表面鍍有632.Snm增透膜後，元件表面632.Snm的光譜反射率非常低，反射光基本無法和參考波前形成明暗相間的幹涉條紋，從而無法分析出鍍膜後元件表面面形。將元件通過固定件安裝到光學儀器後，由於固定方式導致的該元件表面面形變化也無法通過斐索雷射幹涉儀來監測。
[0005]如果購買一臺不同工作波長的斐索雷射幹涉儀，避開元件在632.Snm反射率過低的問題，可對元件進行面形測量，但這樣會要求使用者同時購買2臺不同工作波長斐索雷射幹涉儀，需要配備多個不同F數的標準參考鏡，加上相關配件，導致價格成本翻倍。
【發明內容】
[0006]為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供了一種雙波長斐索雷射幹涉儀光學結構，該結構解決了現有技術中的斐索雷射幹涉儀，波長單一，不能對鍍有632.8nm增透膜的光學元件表面面形進行測試的問題，通過雙波長來實現了對一定範圍波長的需求和解決對鍍有632.8nm增透膜的光學元件表面面形進行測試的問題。
[0007]本發明解決技術問題所採用的技術方案如下:
[0008]雙波長斐索雷射幹涉儀，其特徵在於，該幹涉儀包括:第一雷射光源、第二雷射光源、光纖耦合器、會聚透鏡、小孔光闌、分光鏡、準直鏡、標準參考鏡、成像鏡和面陣探測器；所述第一雷射光源和第二雷射光源發出雷射，經過光纖耦合器耦合後，通過會聚透鏡將光會聚在小孔光闌處，經過小孔光闌後光發散出射，由分光鏡反射後，經由準直鏡準直形成平行光，照射在標準參考鏡上；一部分光經由標準參考鏡的參考面反射回來，形成參考波前；另一部分光透射過參考鏡後，照射在待測元件上，經由待測元件反射回來，形成測量波前；兩路反射波經過準直鏡返回，由分光鏡透射，通過成像鏡後，幹涉條紋由面陣探測器接收。
[0009]本發明的有益效果是:不同於現有商業化產品只工作在一個波長的特點，本發明同時具有兩個工作波長，波段範圍在400nm至800nm範圍內。工作時可在兩個波長切換，不僅可以對未鍍膜元件進行面形測試，同時還可以對鍍了 632.8nm增透膜的光學元件進行面形測試，有效地擴充了現有單波長斐索雷射幹涉儀的檢測能力。同時由於幹涉儀有兩個雷射光源，即使某個光源出現問題，也不影響幹涉儀正常工作，這樣就減少了由於光源損壞造成幹涉儀無法工作的時間，具有很強的應用價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1現有技術中斐索雷射幹涉儀對元件表面面形測量原理圖。
[0011]圖2本發明雙波長斐索雷射幹涉儀光學結構圖。
[0012]圖中:1、第一雷射光源,2、第二雷射光源,3、光纖稱合器,4、會聚透鏡,5、小孔光闌，6、分光鏡，7、準直鏡，8、標準參考鏡，9、成像鏡，1、面陣探測器。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細說明。
[0014]雙波長斐索雷射幹涉儀，如圖2所示，該幹涉儀包括:第一雷射光源1、第二雷射光源2、光纖稱合器3、會聚透鏡4、小孔光闌5、分光鏡6、準直鏡7、標準參考鏡8、成像鏡9和面陣探測器10 ;所述第一雷射光源I和第二雷射光源2發出雷射，經過光纖耦合器3耦合後，通過會聚透鏡4將光會聚在小孔光闌5處，經過小孔光闌後光發散出射，由分光鏡6反射後，經由準直鏡7準直形成平行光，照射在標準參考鏡8上；一部分光經由標準參考鏡8的參考面反射回來，形成參考波前；另一部分光透射過標準參考鏡8後，照射在待測元件上，經由待測元件反射回來，形成測量波前；兩路反射波經過準直鏡7返回，由分光鏡6透射，通過成像鏡9，幹涉條紋由面陣探測器10接收。
[0015]雷射光源為可見光波段的半導體雷射器，波長範圍400nm至800nm，並且兩個光源波長不相同，存在10nm以上波長間隔。光纖耦合器3為雙光路光纖耦合器。會聚透鏡4為可見光波段的透鏡組，鏡片數量為I片至4片，焦長範圍為1mm至200mm。分光鏡6為可見光波段分束器，透射與反射分光比為30%至70%。準直鏡7為可見光波段的透鏡組，鏡片數量為I片至4片，焦長範圍為50mm至15000mm。標準參考鏡8，為可見光波段的透鏡組，鏡片數量為2片至7片，焦長範圍為1mm至10000mm。成像鏡9為可見光波段的透鏡組，鏡片數量為2片至5片，焦長範圍為1mm至1000mm。面陣探測器10為可見光波段的C⑶探測器或CMOS探測器。
【權利要求】
1.雙波長斐索雷射幹涉儀，其特徵在於，該幹涉儀包括:第一雷射光源、第二雷射光源、光纖耦合器、會聚透鏡、小孔光闌、分光鏡、準直鏡、標準參考鏡、成像鏡和面陣探測器；所述第一雷射光源和第二雷射光源發出雷射，經過光纖耦合器耦合後，通過會聚透鏡將光會聚在小孔光闌處，經過小孔光闌後光發散出射，由分光鏡反射後，經由準直鏡準直形成平行光，照射在標準參考鏡上；一部分光經由標準參考鏡的參考面反射回來，形成參考波前；另一部分光透射過參考鏡後，照射在待測元件上，經由待測元件反射回來，形成測量波前；兩路反射波經過準直鏡返回，由分光鏡透射，通過成像鏡後，幹涉條紋由面陣探測器接收。
2.根據權利要求1所述的雙波長斐索雷射幹涉儀，其特徵在於，所述第一雷射光源和第二雷射光源的波長範圍為400nm至800nm，並且兩個光源波長不相同，存在10nm以上波長間隔。
3.根據權利要求1所述的雙波長斐索雷射幹涉儀，其特徵在於，所述分光鏡的透射與反射分光比為30%至70%。
4.根據權利要求1所述的雙波長斐索雷射幹涉儀，其特徵在於，所述會聚透鏡為可見光波段的透鏡組，鏡片數量為I片至4片，焦長範圍為1mm至200mm。
5.根據權利要求1所述的雙波長斐索雷射幹涉儀，其特徵在於，所述準直鏡為可見光波段的透鏡組，鏡片數量為I片至4片，焦長範圍為50_至15000_。
6.根據權利要求1所述的雙波長斐索雷射幹涉儀，其特徵在於，所述標準參考鏡，為可見光波段的透鏡組，鏡片數量為2片至7片，焦長範圍為1mm至10000mm。
7.根據權利要求1所述的雙波長斐索雷射幹涉儀，其特徵在於，所述成像鏡，為可見光波段的透鏡組，鏡片數量為2片至5片，焦長範圍為1mm至1000mm。
8.根據權利要求1所述的雙波長斐索雷射幹涉儀，其特徵在於，所述面陣探測器，為可見光波段的CCD探測器或CMOS探測器。
【文檔編號】G01B9/02GK104315971SQ201410605364
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月30日 優先權日:2014年10月30日
【發明者】曲藝, 蘇東奇, 苗二龍, 隋永新, 楊懷江 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所