基于两平晶三面互检的折射率均匀性测量方法

结合奇偶函数理论,提出了一种基于两平晶三面干涉测量平晶折射率均匀性的方法。该方法通过两块平晶3个表面之间的组合测量,对折射率均匀性引入的误差进行分部求解,生成4个随机波面作为初始3个表面面形和折射率均匀性误差,对其中的均匀性误差复原,结果与初始值仅相差0.6×10-6,残差与平晶表面面形的低频信息无关,仅取决于折射率均匀性本身的旋转不变项。在100 mm口径Zygo干涉仪上完成了两平晶折射率均匀性检测实验。同时通过三平晶透射法对同一块平晶的折射率均匀性进行检测,将两种方法的测量结果进行对比。结果表明两平晶方法获得的折射率均匀性结果与透射法获得的折射率均匀性波面形状相同,指标结果仅相差0.2×10-6,波面偏差峰谷值相差3 nm。分析了影响评估精度的误差项,旋转角度误差与对准误差的影响在实验精度条件下,均方根偏差均小于1 nm。实验结果表明所提出的两平晶三面互检方法能够有效地对平晶的折射率均匀性进行测量。

基于奇偶函数分解算法的绝对检验对比研究

奇偶函数法与N次旋转法是平面绝对检验方法中常用的两种方法,这两方法在恢复面形的过程中都使用了奇偶函数分解算法,但是在求解奇奇项方面使用的方法不同,对比了这两种绝对检验方法。在奇偶函数法与N次旋转法的算法仿真过程中加入待测平晶重力形变的有限元分析,并对100mm口径平晶进行奇偶函数法与N次旋转法实验,将面形恢复结果与液面法测量结果对比,结果显示奇偶函数法恢复面形的PV值差值为4.864nm,N次旋转法恢复面形的PV值差值为1.853nm。结果表明存在重力影响时,N次旋转法恢复面形精度优于奇偶函数法。仿真分析旋转角度误差对于奇偶函数法与N次旋转法的影响,结果显示N次旋转法抗旋转角度误差能力强于奇偶函数法。

基于奇偶函数和Fourier级数的三球面法绝对检验

为获得三维面形的绝对分布,提出一种基于奇偶函数和Fourier级数的三球面面形重建方法。该方法在传统三球面法的测量基础上将测试面旋转90°后再次测量,将待测面面形分解为奇偶函数形式的正交基函数,并对于各正交基函数分别求解。利用实际面形进行算法仿真,面形残差均方根值(RMS)达到1.5λ/1000。将本文三球面法与两球面法、随机球法作比较,残差RMS最大为1.99 nm。针对实验中机构的旋转、平移、倾斜、离焦误差等进行量化分析,最大误差为0.90 nm。本文实现了球面三维面形绝对分布的检测,为多个球面镜的同步全口径检测提供了一种途径。

大口径平面面形绝对测量及重力影响分析

为分析大口径平面光学元件面形绝对测量的准确度,补偿重力引起的形变误差,在分析基于奇偶函数法的三平面互检算法的基础上,利用3片准300 mm口径的待测平面镜进行实验测量分析。对于三平面互检中不同装夹方式下的重力引起镜片形变情况进行有限元仿真分析,据此对测量数据进行修正并对最终面形结果进行补偿,使测量结果更加逼近真实值。

光学平面绝对检验方法的研究

应用两种方法对三个高精度平面进行了测试。第一种方法是Fritz的三面互检法,它利用Zernike多项式的特性拟合三个面四次组合测量得到的干涉图,然后求出三个面的Zernike多项式系数,从而得到三个面的面形偏差。第二种方法是奇偶函数法,根据函数的奇偶性,把平面的面形函数分解为四类:偶奇、奇偶、偶偶和奇奇函数,分别求出各分量,从而得到三个面的三维面形偏差。对两种方法都编制了理论模拟和实测程序,并进行了实验,实现了无参考面的高精度平面面形测试。

平面面形绝对检验技术测量误差分析

绝对检验消除了参考面面形误差对干涉测量精度的制约,可实现纳米精度的面形测量。对现有主要平面面形绝对检验技术进行了总结比较,运用泽尼克多项式前36项构建被测平面,对边缘噪声、平面原始精度、旋转角度与偏心误差等因素对典型平面面形绝对检验技术测量精度的影响进行了模拟分析。绝对检验对被测平面原始精度、干涉图分辨率和旋转角度误差不敏感,对边缘噪声和旋转偏心误差敏感。实际测量中,旋转轴心对准误差应小于2 pixel,测量中心面积比取95%左右。