一种基于双通道干涉仪的平面绝对检测装置

本发明涉及光学测量，尤其涉及一种基于双通道干涉仪的平面绝对检测装置。

背景技术：

1、精密光学系统在航空航天、高端装备制造等高精尖领域发挥着重要作用，由于对光学元件加工和装配精度要求极高，高精度光学检测技术在精密光学加工和装调领域的辅助作用显得更为重要。作为高精度检测的常用方法，干涉测量技术利用标准光学元件产生参考波前，通过比较参考波前与光学元件/系统产生的测量波前的差异来检测光学元件面形误差或光学系统波像差，因此其测量精度受到标准光学元件加工精度的制约，目前检测精度pv值一般只有1/10～1/20波长。标准光学元件加工精度受限仍然是源于缺乏更高精度的检测技术指导加工过程，因此为了获得更高精度的标准光学元件，必须要发展超高精度的平面面形检测方法。

2、目前通常采用平面绝对检测技术获取高精度面形结果，主要包括三平面法、旋转平移法等，上述方法均是基于现有商业干涉仪获取两片或者三片面形精度相当的平面镜在相对位移、旋转、翻转情况下的干涉测量结果，需要通过多次测量结果解算待测平面镜的绝对面形，而为了实现多次测量结果的精确配准，对平移/旋转/翻转机械结构提出了较高要求，且装调难度随待测镜口径的增加而增加，另外更换待测镜后，需要重复整个测量步骤，由于需要的测量次数较多，难以在加工过程中实现高效率检测。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于双通道干涉仪的平面绝对检测装置，该装置避免了参考镜面形对测量结果的影响，无需多次测量解算待测镜面形，在更换待测镜后不再需要额外的机械运动，仅需标定一次系统误差，即可应用于后续测量结果中，极大提高了检测效率。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种基于双通道干涉仪的平面绝对检测装置，所述装置包括短相干外差光源、第一单模保偏光纤、准直镜、会聚镜、第二单模保偏光纤、孔径光阑、成像镜、探测器和高精度转台，其中：

4、所述准直镜、会聚镜、孔径光阑、成像镜和探测器均固定在所述高精度转台上；

5、所述短相干外差光源产生两路光束，其中一束光耦合进入所述第一单模保偏光纤作为测量光，所述第一单模保偏光纤的出射端面位于所述准直镜的前焦点处，形成准直光；所述会聚镜与准直镜的结构相同，但摆放方向相反，用于将所述准直光会聚至所述孔径光阑处；

6、所述短相干外差光源产生的另外一束光耦合进入所述第二单模保偏光纤，在所述第二单模保偏光纤的出射端面发生衍射产生高质量球面波，将该球面波作为所述装置的参考光；

7、携带系统误差的测量光与参考光经过所述成像镜进入所述探测器产生干涉；

8、在利用所述装置检测前，首先针对空腔状态的系统误差进行标定，当所述高精度转台的两臂方向相同时，所述装置为双通道干涉仪系统误差标定模式，系统误差ws(x,y)包括所述准直镜的波像差w1(x,y)和会聚镜的波像差w2(x,y)，表示为：

9、ws(x,y)＝w1(x,y)+w2(x,y)；

10、其中，(x,y)为描述孔径的空间坐标；

11、在利用所述装置检测待测平面镜时，通过所述高精度转台构建待测平面镜的测量光路，将所述待测平面镜安装于所述高精度转台的中心处，其法线方向与所述准直镜的光轴方向夹角为θ；保持所述准直镜不动，所述会聚镜、孔径光阑、成像镜和探测器整体绕所述高精度转台的中心旋转，使其光轴与所述准直镜光轴夹角为2θ；

12、在所述待测平面镜的局部坐标系下，其面形误差为e(x′,y′)，(x′,y′)为描述待测平面镜孔径的空间坐标；转换到成像光路坐标系下为e(x/cosθ,y)cosθ，考虑到系统误差ws(x,y)，则最终测量波前为：

13、wm(x,y)＝ws(x,y)+e(x/cosθ,y)cosθ；

14、其中，e(x/cosθ,y)cosθ为待测平面镜的面形误差从局部坐标系转换到成像光路坐标系下的结果；

15、通过从测量结果中分离系统误差ws(x,y)，获得待测平面镜的绝对面形；由于待测平面镜相对成像光路倾斜放置，需要利用旋转矩阵进行坐标系转换，得到其局部坐标系下的面形分布。

16、由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述装置避免了参考镜面形对测量结果的影响，无需多次测量解算待测镜面形，在更换待测镜后不再需要额外的机械运动，仅需标定一次系统误差，即可应用于后续测量结果中，极大提高了检测效率。

技术特征：

1.一种基于双通道干涉仪的平面绝对检测装置，其特征在于，所述装置包括短相干外差光源、第一单模保偏光纤、准直镜、会聚镜、第二单模保偏光纤、孔径光阑、成像镜、探测器和高精度转台，其中：

2.根据权利要求1所述基于双通道干涉仪的平面绝对检测装置，其特征在于，所述短相干外差光源包括激光器、半波片、偏振分光棱镜、第一声光移频器、第一光纤耦合镜、反射镜、第二声光移频器和第二光纤耦合镜，其中：

3.根据权利要求1所述基于双通道干涉仪的平面绝对检测装置，其特征在于，

4.根据权利要求1所述基于双通道干涉仪的平面绝对检测装置，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种基于双通道干涉仪的平面绝对检测装置，包括短相干外差光源、第一单模保偏光纤、准直镜、会聚镜、第二单模保偏光纤、孔径光阑、成像镜、探测器和高精度转台，其中：短相干外差光源产生两路光束，一束光耦合进入第一单模保偏光纤作为测量光；另外一束光耦合进入第二单模保偏光纤，在出射端面发生衍射产生高质量球面波，将球面波作为参考光；携带系统误差的测量光与参考光经过成像镜进入探测器产生干涉；在检测待测平面镜时，通过高精度转台构建待测平面镜的测量光路，再根据标定结果，解算待测平面镜的面形误差。该装置避免了参考镜面形对测量结果的影响，无需多次测量解算待测镜面形，极大提高了检测效率。

技术研发人员：张文喜,刘安琪,高媛,王凯,杨帅,赵思泽鹏
受保护的技术使用者：中国科学院空天信息创新研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/6/26