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大口徑平面絕對(duì)檢測(cè)測(cè)量

一、什么是平面絕對(duì)檢測(cè)

平面是光學(xué)系統(tǒng)和工程儀器中常用的光學(xué)元件，也是基本的光學(xué)測(cè)試和研究對(duì)象。一般采用相對(duì)測(cè)量法來(lái)對(duì)光學(xué)面形進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)量結(jié)果是實(shí)際平面相對(duì)于干涉系統(tǒng)誤差和參考平面誤差的偏差。但當(dāng)測(cè)量精度要求較高時(shí)，即有時(shí)測(cè)量精度會(huì)要求在λ/20

平面絕對(duì)檢測(cè)就是，通過(guò)消除干涉儀的系統(tǒng)誤差和參考平面誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，進(jìn)而得到測(cè)試平面的絕對(duì)表面（絕對(duì)表面是指實(shí)際表面相對(duì)于數(shù)學(xué)上的理想表面的偏差）。平面絕對(duì)檢測(cè)在原理上不引入干涉儀的系統(tǒng)誤差和參考平面誤差，能夠得到光學(xué)平面的絕對(duì)質(zhì)量。

二、常用的平面絕對(duì)檢測(cè)

（一）傳統(tǒng)的三面互檢法

傳統(tǒng)的三面互檢法需要三個(gè)被測(cè)平面，將三個(gè)平面兩兩分成一組分別放置于斐索干涉儀參考面位置和被測(cè)面位置，得到干涉條紋圖，通過(guò)這些條紋圖就可計(jì)算得到三個(gè)平面各自的絕對(duì)面形，其原理圖如圖1所示。

圖1 三面互檢法原理圖

（二）Zernike多項(xiàng)式擬合法

在光學(xué)檢測(cè)中，只測(cè)得元件兩個(gè)方向上的面形誤差并無(wú)法滿足測(cè)量要求，而元件表面的面形誤差函數(shù)能夠用一組多項(xiàng)式，即Zernike多項(xiàng)式來(lái)進(jìn)行擬合，故可以在傳統(tǒng)三面互檢法的基礎(chǔ)上，采用多項(xiàng)式函數(shù)解法來(lái)獲得整個(gè)元件的面形誤差。

（三）奇偶函數(shù)法

奇偶函數(shù)法不需要進(jìn)行最小二乘法計(jì)算和多項(xiàng)式擬合便可簡(jiǎn)單求出三個(gè)平面的絕對(duì)面形，其原理圖如圖2所示。將面形誤差分為四個(gè)分量：奇奇、奇偶、偶奇、偶偶函數(shù)項(xiàng)，根據(jù)函數(shù)對(duì)稱性，當(dāng)平面翻轉(zhuǎn)或者旋轉(zhuǎn)時(shí)，各函數(shù)分量前面的正負(fù)號(hào)就會(huì)發(fā)生變化，一些項(xiàng)通過(guò)適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)處理就可消掉，簡(jiǎn)化了運(yùn)算。

圖2 奇偶函數(shù)法六次測(cè)量步驟

三、大口徑平面絕對(duì)檢測(cè)

采用N位旋轉(zhuǎn)法的三平晶檢測(cè)方法來(lái)開展大口徑平面絕對(duì)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，所用主要測(cè)量設(shè)備為?800mm干涉儀（如圖3所示）和我司所生產(chǎn)的Bysco 100臥式激光干涉儀（如圖4所示）。Bysco 100臥式激光干涉儀可用于對(duì)平晶、透鏡面形精度、均勻度和平行度以及激光棒的測(cè)量，在這里作為?800mm小端口干涉儀主機(jī)。

圖3 ?800mm干涉儀

圖4 我司所生產(chǎn)的Bysco 100臥式激光干涉儀

根據(jù)基于N位旋轉(zhuǎn)法的三平晶絕對(duì)檢驗(yàn)原理編寫了計(jì)算程序，計(jì)算得到的待測(cè)三個(gè)面絕對(duì)面形分布如圖5所示，表1為三個(gè)面絕對(duì)面形的PV值和RMS值，其中兩個(gè)面的絕對(duì)面形PV值最高達(dá)到了λ /10，表明該絕對(duì)檢驗(yàn)方法可以達(dá)到較高的計(jì)算精度。

圖5 ABC三個(gè)面的絕對(duì)面形分布

較好的測(cè)量結(jié)果也從側(cè)面反應(yīng)出了我司所產(chǎn)的Bysco 100臥式激光干涉儀優(yōu)異的性能，它不僅能適用于高精度、科研級(jí)的計(jì)量測(cè)量，還可用于超大口徑干涉儀的小端口主機(jī)等，測(cè)量精度高、計(jì)算速度快、設(shè)備穩(wěn)定、成像質(zhì)量好，是一款非常優(yōu)異的干涉測(cè)量設(shè)備。