[发明专利]一种大口径细光束自准直仪

说明书

技术领域

本发明属于精密测量技术领域与光学工程领域，具体涉及一种自准直测量仪器。

背景技术

角度测量是计量科学的重要组成部分,微小角度的测量在精密加工、航空航天、军事、通讯以及科学研究等许多领域都具有极其重要的意义和作用。自准直仪是小角度测量中非常重要的测量仪器，由于它具有非接触、精度高、测量范围广以及使用方便等优点,因而得到广泛的应用。

由于X射线的特性，同步辐射光源、自由电子激光和X射线天文望远镜等均会采用大尺寸反射镜对X射线反射或聚焦，这些大尺寸反射镜要求具有纳米级的表面高度差和几十纳弧度量级的表面斜率差。这类超光滑反射镜面的加工和使用，不可或缺的是非接触的光学检测技术。长程面形仪(LTP)和纳弧度测量仪(NOM)是目前X射线反射镜检测的主要仪器，可以实现逐点扫描检测表面的斜率。NOM是近几年发展起来的表面斜率检测设备，它使用商业化的高精度自准直仪，极大地提高了测量精度。目前国际上NOM可测量长度为1.2m的反射镜表面的斜率，经过复杂的校正，其测量精度在一个极小的角度范围内可以达到50nrad。

为了提高测量精度，通常商业化的自准直仪的口径要20～30mm，测量用的准直光束也是满口径的，利用测量光束相对光轴的中心对称性，可以降低像差的影响。商业化宽光束自准直仪的具体结构如图1所示，其包括光源1’、聚光镜2’、分划板3’、分束镜4’、探测器5’、准直镜6’以及待测反射镜7’，光源1’发出的光线经过聚光镜2’照亮分划板3’，分划板3’作为2次光源经分束镜4’反射，透过准直镜6’入射到待测反射镜7’上。该准直镜6’和所述探测器5’组成f-θ角度检测系统，经待测反射镜7’反射的不同方向的测量光束经过准直镜6’后汇聚到探测器5’上的不同位置形成测量光斑，该测量光斑在探测器5’上偏移的距离d对应于待测反射镜7’的转角θ，从而实现了待测镜面的检测，显然光源1’发出的光束是满口径(大约为20～30mm)通过准直镜6’，经反射镜7’反射后的光束为宽光束。根据理论分析和数值模拟，该商业化设备在细光束工作模式下，一是细光束的准直度变差，二是细光束不再满足对光轴的空间对称性，使得自准直仪光学系统的像差与入射光入射到光学系统的空间位置有关，导致测量的系统误差与入射光的空间位置有关，使得设备几乎无法校正。因此，商业化宽光束自准直仪不适用于细光束工作模式。但是NOM要求1～2mm左右的测量光束，故通常采用小孔光阑选出一束细光束用于测量，即需要工作在大口径、细光束模式下，因此该商业化设备无法用于NOM；而且由于商业化宽光束自准直仪必须使用与测量光束相匹配的平面反射镜，为不影响测量设备自身的测量不确定度，需要反射镜的平面度非常高，这增加了加工的难度和使用成本。此外，商业化宽光束自准直仪使用的光源安装于自准直系统之内，在高精度测量时需要很长的热稳定时间。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供了一种大口径细光束自准直仪，以使得自准直仪能够在大口径细光束工作模式下测量。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种大口径细光束自准直仪，一种大口径细光束自准直仪，包括探测器，沿一水平光轴排布有：单模光纤光源；准直系统，具有光源透镜和物镜，构成位于光源前端的共焦的倒置望远镜结构；分束镜，位于光源透镜和物镜之间，用以将经待测反射镜的表面反射并透过所述物镜返回的光部分反射至所述探测器。

所述单模光纤光源包括光源和耦合光纤。

所述单模光纤光源为非相干光源。

所述单模光纤光源为超荧光单模光纤光源。

所述光源透镜为短焦距透镜。

所述物镜为长焦距傅里叶变换透镜。

所述分束镜与水平光轴成45°夹角。

所述探测器设于分束镜正上方。

所述探测器为面阵探测器CCD。