[发明专利]一种长焦大离轴量离轴抛物面的检测装置及方法

说明书

本发明属于光学技术领域，具体涉及一种离轴抛物面的干涉检测光路及检测方法；为解决长焦大离轴量离轴抛物面的加工与检测时光路过长受气流扰动严重以及CCD对被检测工件的检测分辨率低从而导致检测精度下降的技术问题，提出一种长焦大离轴量离轴抛物面的检测方法；采用偏轴两镜系统将发散镜头虚焦点和偏轴两镜系统的像点重合，有效的缩短了光路长度；再配合标准球面反射镜、标准平面反射镜进一步缩短光路长度且压缩了光路宽度；此外该技术方案使得CCD的像元得到有效利用，增大了被检测工件的检测分辨率，可以有效遏制空气扰动对检验结果的不利影响，提高干涉检验精度，为加工符合技术要求的离轴镜提供保障。

技术领域

本发明属于光学技术领域，具体涉及一种离轴抛物面的检测方法。

背景技术

离轴抛物面反射镜由于失去了旋转对称性，无法按传统方法在磨镜机上加工磨制。通常认为，如果要对离轴抛物面反射镜作高精度的单件加工，只有运用计算机辅助加工方法。即必须依赖于复杂的数控光学加工设备。现在一般采取挖切技术，先做一个大的旋转对称的母抛物面镜，再用套切工具挖出所需部分。这种方法只能适用于口径较小并且离轴量不大的镜子。

离轴抛物面反射镜主要有以下几个指标：通光口径、离轴量(或离轴角)、母抛物面焦距及镜面精度。镜面精度要求，高者用波长表示，又分均方根误差(RMS)和峰谷值误差(P-V)；低者用星点像弥散圆直径表示。

惯性约束核聚变工程需要将多路激光束会聚于靶丸，为了将多路激光束在同一水平面上分布得当，做到各路光无不干涉，需要组合不同焦距和离轴量的离轴抛物面。在目前的原理实验阶段，离轴抛物面的焦距已经到达30m级、离轴量已经达到15m级，随着惯性约束核聚变工程的发展，对更大焦距和离轴量的离轴抛物面将会有进一步的需求。

专利号为：ZL031131119.0的发明专利公开了一种离轴抛物面反射镜的加工方法，该方法在加工长焦大离轴量离轴抛物面时由于焦距长导致干涉检测光路过长，气流扰动导致测量精度降低；大离轴量导致干涉检测时CCD对条纹的分辨率下降，严重影响测试可靠性。例如一块焦距30m、离轴量15m的离轴抛物面，干涉检验时需要的恒温室内场地至少为20m(长)×10m(宽)，而且干涉检验光路长度超过60m，气流扰动对抛物镜的面形误差带来极大的影响。

可见，长焦大离轴量离轴抛物面的高精度加工受制于高精度检测，现有技术还不能满足需求。

发明内容

本发明目的是解决长焦大离轴量离轴抛物面的加工与检测时光路过长受气流扰动严重以及CCD对被检测工件的检测分辨率低从而导致检测精度下降的技术问题，采用的技术方案如下：

一种长焦大离轴量离轴抛物面的干涉检测装置，沿着干涉仪发出的光波传播方向依次排布有：发散镜头、标准球面反射镜、标准平面反射镜，所述的发散镜头将干涉仪发出的光波调制成发散的球面波，发散的球面波经标准球面反射镜反射入射至被测长焦大离轴量离轴抛物面，经被测长焦大离轴量离轴抛物面反射后的光波为平面波，所述平面波垂直入射至标准平面反射镜后原路返回；所述的标准球面反射镜与被测长焦大离轴量离轴抛物面组成偏轴两镜系统，且所述发散镜头虚焦点和偏轴两镜系统的像点重合。结合三级像差理论，中心视场的细平行光束在焦点F处消像散、球差以及彗差的前提下，可以求解出：标准球面反射镜半径R2、离轴抛物面几何中心到标准球面几何中心的距离d1、标准球面反射镜中心至所述偏轴两镜系统的像点之间的距离d2、标准平面反射镜法线与离轴抛物面反射镜几何中心法线之间的夹角θ1、从标准球面反射镜几何中心射向离轴抛物面反射镜的主光线与标准球面反射镜几何中心法线之间的夹角θ2。这样，当离轴抛物镜的焦距f和离轴量H给定时，偏轴两镜系统的初始结构就可以求解出光路初始结构，输入专业的光学设计软件优化就可以得到离轴抛物镜的偏轴两镜系统检验方案。由于该方案中选用了发散镜头，且将发散镜头虚焦点和偏轴两镜系统的像点重合，有效的缩短了光路长度；再配合标准球面反射镜、标准平面反射镜进一步缩短光路长度且压缩了光路宽度；此外该技术方案使得CCD的像元得到有效利用，增大了被检测工件的检测分辨率。