[发明专利]一种大口径平行平晶厚度分布的干涉测量方法

说明书

本发明公开了一种大口径平行平晶厚度分布的干涉测量方法，包括测量待测平晶的a面面形数据和b面面形数据；将测量得到的a面面形数据进行左右镜像处理，并将处理后的面形数据进行Zernike多项式拟合处理，得到a面面形数据的拟合多项式；将测量得到的b面面形数据进行多项式拟合处理，得到b面面形数据的拟合多项式；提取得到待测平晶a面的装调误差，对a面的装调误差镜像取反则为待测平晶b面的装调误差；将拟合多项式减去装调误差，得到待测平晶的像差；从而得到待测平晶厚度均匀性的误差分布。本发明能够实现大型光学元件的厚度分布检测，从而为后续超精密加工修行提供技术支撑。

技术领域

本发明属于光学系统测量技术领域，具体涉及一种大口径平行平晶厚度分布的干涉测量方法。

背景技术

随着光学技术飞速发展，应用在红外波段的大型平行平晶(以下简称平晶)作为一种高精度的光学元件经常应用于航空航天，高能激光系统等各个领域，如天文望远镜以及卫星上的大型硅片等。这些平晶的光学性能除了与光学镜片的平面度、光洁度、表面质量有关，还与其平行度即厚度均匀性密切相关。现有的检测平晶厚度的方法，常使用光学计测量法与透射法。光学计测量法是将测头接触被检平晶的中心并调整读数为零，再移动平晶，分别在工件直径方向最远处测8个点取最大最小读数之差最为平行度误差。透射法检测是通过平行光透过平晶后再经反射再次透过平晶产生干涉，通过计算两次的光程差，再去掉反射镜与空腔的系统误差，从而解算平晶的透射波前信息，最终得出厚度分布。但针对一种应用于红外透射的大口径单晶硅平晶(n＝3.39)，常规激光干涉仪，使用的氦氖激光器632.8nm光源，只能检测反射波前，无法通过透射测量计算出厚度分布。此外，工作在红外波段的激光干涉仪，在测量较大口径平晶时还需要配置专用的扩束系统，且分辨率低、成本高、用途有限。而基于三坐标测量法的摆臂轮廓仪、激光轮廓仪等由于待测量工件尺寸大，测量时间长，且检测精度只能在微米量级以上，制约了后续的纳米精度下的高精度抛光。

因此，大口径高精度平行平晶的高精度检测方法亟待研究解决。

发明内容

为了解决现有测量技术无法测量大口径平行平晶厚度分布的问题，本发明提供了解决上述问题的一种大口径平行平晶厚度分布的干涉测量方法。本发明通过两次干涉测量前后表面的面形，经过解耦两次面形误差，消除装调等系统误差后，最终得到工件各点位的厚度分布情况，且能够实现纳米级的检测。

本发明通过下述技术方案实现：

一种大口径平行平晶厚度分布的干涉测量方法，包括以下步骤：

步骤S1，测量待测平晶的a面面形数据和b面面形数据；其中，待测平晶的a面面形PV优于b面面形PV，且a面和b面面形均满足：PV1λ@632.8nm，RMS0.1λ@632.8nm；

步骤S2，将测量得到的a面面形数据进行左右镜像处理，并将处理后的面形数据进行Zernike多项式拟合处理，得到a面面形数据的Zernike拟合多项式；将测量得到的b面面形数据进行Zernike多项式拟合处理，得到b面面形数据的Zernike拟合多项式；

步骤S3，从a面面形数据拟合多项式提取得到待测平晶a面的装调误差，由于a面面形PV优于b面面形PV，则以a面的装调误差作为待测平晶的装调误差，对a面的装调误差镜像取反则为待测平晶b面的装调误差；

步骤S4，将a面的拟合多项式减去a面装调误差，得到待测平晶a面的seidel像差；将b面的拟合多项式减去b面装调误差，得到待测平晶b面的seidel像差；

步骤S5，将待测工件两表面像差相加则可得到待测平晶厚度均匀性的误差分布。

优选的，本发明的步骤S1采用的测量装置包括2台激光干涉仪、调整装置。

优选的，本发明的步骤S1的测量过程具体包括：