[发明专利]光学元件中频误差的检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学检测技术领域，具体涉及一种光学元件的中频误差的检测方法。

背景技术

大口径高精度光学元件在惯性约束核聚变、同步辐射光学、天文光学和空间光学等领域得到广泛应用，大口径高精度光学元件的加工误差可分为高频、中频、低频波段制造误差。目前国际上主要采用波前峰谷(PV)值、波前梯度(GRMS)值表征低频制造误差；用均方根(RMS)值表征高频制造误差；采用功率谱密度(PSD)表征中频制造误差。在惯性约束核聚变系统中，所采用的大口径光学元件的尺寸约为420mm×420mm，所指的中频误差是指空间频率为0.03mm^-1～8.3mm^-1的制造误差。

目前，已研制了口径为600mm的大口径干涉仪，其采用的CCD的分辨率为800X600或者1024X1024，能有效测量的空间频率上限约为0.5mm^-1。当前还没有一个干涉仪能够测量大口径光学元件整个中频段的功率谱密度，所以只能采用小孔径高分辨率干涉仪测量大口径光学元件的中频误差。主要的测量方法有是子孔径拼接测量方法，其测量示意图如图1所示。该方法用小孔径高分辨率干涉仪测量大口径光学元件的各个子区域的制造误差分布。其中各个子区域互相重叠，各个子区域之间的距离必须严格精确控制。然后由各个子区域误差分布拼接计算得到大口径光学元件的全口径误差分布，接着计算大口径光学元件全口径中频误差的功率谱密度，并判断全口径中频误差的功率谱密度是否满足ICF系统要求。

然而，上述的方法不能确定不满足要求的中频误差所对应的空间位置，所以也就不能有效地指导光学元件的返修，因此子孔径拼接测量方法适用于大口径光学元件中频误差的终检，但不适于过程检测；另外子孔径拼接测量方法的精度主要取决于拼接平台系统的精度和环境的稳定性，如果平台的移动不能精确控制，或者环境振动严重，子孔径拼接测量方法会引入严重的测量误差，而且其中一个子孔径的测量误差会扩散到全口径；因此它对平台的移动精度和环境的稳定性有较高的要求，这就导致大口径光学元件中频误差检测成本较高。

发明内容

本发明提供一种中频误差的检测方法，已解决现有的对光学元件中频误差检测方法的上述问题。

本发明提供的一种光学元件中频误差的检测方法，包括如下步骤，

采用第一干涉仪测量被测光学元件全口径的低频面形分布，该第一干涉仪口径不小于被测光学元件的口径；

将被测光学元件分成N个方形子区域，采用第二干涉仪测量上述各个子区域的面形分布，该第二干涉仪的口径不小于被测子区域的对角线的长度；

计算被测光学元件各个子区域内的中频误差的功率谱密度，并根据计算该被测整个光学元件的中频误差的功率谱密度；其

中，S_i和PSD_i(u，v)分别表示第i个区域内中频误差的面积和功率谱密度，S₀和PSD_V(u，v)分别表示大口径光学元件全口径中频误差的面积和功率谱密度；

判断该光学元件的中频误差是否满足要求，若不满足再判断各个子区域内的中频误差是否满足要求，从而得到中频误差需要返修的区域，进而指导光学加工；

其中，所述第二干涉仪的分辨率大于所述第一干涉仪的分辨率。

可选的，还包括如下步骤：

A，在获得所述光学元件低频面形分布之后，根据所述的低频面形分布，计算出每个子区域的倾斜量和平移量；

B，在获得所述光学元件各个子区域面形分布之后，并计算各个子区域中频误差的功率谱密度之前，利用步骤A的结果对每个子区域的倾斜量和平移量进行修正。

可选的，所述光学元件子区域的划分个数大于或等于16。

可选的，在采用所述第一干涉仪测量光学元件的面形分布时，在第一干涉仪和被测光学元件之间设置第一参考镜，且所述第一参考镜的口径不小于所述第一干涉仪的口径。

可选的，在采用所述第二干涉仪测量每一子区域的面形分布时，在第二干涉仪和被测光学元件之间设置第二参考镜，且所述第二参考镜的口径不小于所述第二干涉仪的口径。

可选的，所述第二参考镜的面形精度高于63nm。

可选的，所述第一干涉仪口径为600mm，CCD的像素为480X600，有效分辨率小于0.5mm^-1。

可选的，第二干涉仪的口径小于或等于100mm。