CN211373498U - 波长调谐相移干涉测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种波长调谐相移干涉测试装置及测试方法，包括波长调谐激光器、干涉测试系统、干涉图样采集系统三部分。本实用新型克服了常规干涉仪机械相移器安装繁琐、结构复杂等问题，通过采用自修正相位测试原理，可计算得到干涉腔腔长值，并修正相移误差，从而实现整体干涉仪系统的高精度、高效率检测。实验表明，本实用新型系统装置相位修正误差值为±π/50，系统重复性精度为λ/1000～λ/2000。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学元件及系统测试，特别是一种波长调谐相移干涉测试装置。
背景技术
随着光学元件、材料及其它各种零件表面精加工要求不断提高，相移干涉测试技术应用范围也随之扩展，但在测试过程中诸多无法避免的因素会导致相移误差的产生，包括周围测试环境振动、参考镜精度、非线性正交耦合以及成像系统畸变等影响因素，从而降低干涉图像质量，无法获取精确的相移干涉图像结果。
目前国内外对相移干涉测试技术的研究主要有传感器检测移相、空间同步移相和算法处理三种类型，其中算法处理应用较为广泛，利用最小迭代二乘法求解波面位相在相移干涉测试技术研究中占据主体地位。其中，影响相移计算的参数包括干涉腔腔长和波长变化量，长期以来高精度干涉腔腔长值的确定已成为光学测试领域专家及学者关注的焦点。鉴于上述问题，提出一种波长调谐相移干涉测试装置及测试方法，采用波长调谐相移方式替代传统的机械相移方式，自动计算干涉腔腔长值，在一定程度上减小了干涉测试系统的复杂装配难度，满足市场应用需求。
发明内容
本实用新型的目的是实现干涉仪系统的高精度、高效率检测，提出一种波长调谐相移干涉测试装置及测试方法，该装置克服了常规干涉仪机械相移器安装繁琐、结构复杂等问题，通过采用自修正测试相位原理，可计算得到干涉腔腔长值，并对相移误差进行自修正，最终实现元件表面的高精度、高效率干涉测试。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种波长调谐相移干涉测试装置，其特点在于由波长调谐激光器、干涉测试系统、干涉图样采集系统三部分构成，所述的波长调谐激光器的波长变化由波长变化驱动电压引起电流改变而改变，所述的干涉测试系统的构成是：沿所述的波长调谐激光器的输出光方向依次包括45°反射镜、聚焦透镜、分光棱镜、准直物镜、标准镜和待测元件，所述的干涉图样采集系统依次包括凹透镜、凸透镜和CCD。
所述的波长调谐激光器的波长调谐范围为0.5nm，波长分辨率为0.2pm，输出波长为随机值；
所述的标准镜为标准平面楔镜，楔角面的楔角为30'，在光路前进方向前表面为楔角面，楔角为30'，后表面为标准参考面；
利用上述波长调谐相移干涉测试装置对待测元件的测量方法，该方法包括下列步骤：
1)将待测元件置于所述的标准镜之后，启动所述的波长调谐激光器，对光路进行调整，使所述的波长调谐激光器输出的激光依次经所述的45°反射镜、聚焦透镜、分光棱镜、准直物镜、标准镜后进入所述的待测元件，经所述的标准镜的后表面反射输出的标准光束和光束经所述的待测元件反射形成的测试光束沿原光路返回在所述的分光棱镜形成的干涉测试条纹，该干涉测试条纹透过所述的分光棱镜并依次经所述的凹透镜、凸透镜后成像在所述的CCD的中心位置；
2)令i＝1；
3)利用波长变化驱动器进行第i次改变输入所述的波长调谐激光器的电压调整所述的波长调谐激光器输出的激光波长为λi，所述的波长调谐激光器输出的激光依次经所述的45°反射镜、聚焦透镜、分光棱镜、准直物镜、标准镜后进入所述的待测元件，经所述的标准镜的后表面反射输出的标准光束和所述的待测元件反射形成的测试光束沿原光路返回，在所述的分光棱镜形成的干涉测试条纹，该干涉测试条纹透过所述的分光棱镜并依次经所述的凹透镜、凸透镜后成像在所述的CCD的中心；所述的CCD实施第i次采集干涉信号，包括波长数值λi和相位值
并输入所述的计算机，所述的计算机计算得到波长变化量△λ和相位变化量
通过下式1-1确定干涉测试装置的干涉腔的腔长：
其中，λ0是波长调谐激光器的中心波长，△λ≠0；
4)当测试得到的相位值位于πi/4±π/50范围之内，则令i＝i+1，返回步骤3)；当本次输出光的波长λi保持与上次输出光波长λi-1一致，或i＝13时，则进入下一步；
5)所述的计算机计算后，输出所述的待测元件的面形PV、系统重复性精度、波长变化量△λ和相位变化量
数据结果。
所述的干涉腔腔长由相位变化值和波长变化值共同确定；
所述的相位修正误差值为±π/50；
所述的干涉测试装置的系统重复性精度为λ/1000～λ/2000。
本实用新型使用波长调谐相移方式替换机械相移方式，克服了常规干涉仪机械相移器安装繁琐、结构复杂等问题，通过采用自修正相位测试原理，可计算得到干涉腔腔长值，并修正相移误差，从而实现整体干涉仪系统的高精度、高效率检测。实验表明，本实用新型系统装置相位修正误差值为±π/50，系统重复性精度为λ/1000～λ/2000。
附图说明
图1为本实用新型波长调谐相移干涉测试装置光路测试原理图
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作详细说明，但不应以此限制本实用新型的保护范围。
请参见图1，图1为本实用新型波长调谐相移干涉测试装置光路图，图中计算机未示，由图可见，本实用新型波长调谐相移干涉测试装置由波长调谐激光器1、干涉测试系统2和干涉图样采集系统3三部分构成，所述的波长调谐激光器1的波长变化由波长变化驱动电压引起电流改变而改变，所述的干涉测试系统2的构成是：沿所述的波长调谐激光器1的输出光方向依次包括45°反射镜201、聚焦透镜202、分光棱镜203、准直物镜204、标准镜205和待测元件206，所述的干涉图样采集系统3依次包括凹透镜301、凸透镜302和CCD303，所述的凹透镜301和凸透镜302构成一次成像组件。
所述的波长调谐激光器的波长调谐范围为0.5nm，波长分辨率为0.2pm，输出波长为随机值；
所述的标准镜205为标准平面楔镜，在光路前进方向前表面为楔角面，楔角为30'，后表面为标准参考面，PV面形精度优于λ/10。
利用上述波长调谐相移干涉测试装置对待测元件的测量方法，包括下列步骤：
1)将待测元件206置于所述的标准镜205之后，启动所述的波长调谐激光器1，对光路进行调整，使所述的波长调谐激光器1输出的激光依次经所述的45°反射镜201、聚焦透镜202、分光棱镜203、准直物镜204、标准镜205后进入所述的待测元件206，经所述的标准镜205的后表面反射输出的标准光束和所述的待测元件206反射形成的测试光束沿原光路返回在所述的分光棱镜203形成的干涉测试条纹，该干涉测试条纹透过所述的分光棱镜203并依次经所述的凹透镜301、凸透镜302后成像在所述的CCD303的中心位置；
2)令i＝1；
3)利用波长变化驱动器6进行第i次改变输入所述的波长调谐激光器1的电压调整所述的波长调谐激光器1输出的激光波长为λi，所述的波长调谐激光器1输出的激光依次经所述的45°反射镜201、聚焦透镜202、分光棱镜203、准直物镜204、标准镜205后进入所述的待测元件206，经所述的标准镜205的后表面反射输出的标准光束和所述的待测元件206反射形成的测试光束沿原光路返回，在所述的分光棱镜203形成的干涉测试条纹，该干涉测试条纹透过所述的分光棱镜203并依次经所述的凹透镜301、凸透镜302后成像在所述的CCD303的中心；所述的CCD303实施第i次采集干涉信号，包括波长数值λi和相位值
并输入所述的计算机，所述的计算机计算得到波长变化量△λ和相位变化量
通过下式1-1确定干涉测试装置的干涉腔的腔长：
其中，λ0是波长调谐激光器1的中心波长，△λ≠0；
4)当测试得到的相位值位于πi/4±π/50范围之内，则令i＝i+1，返回步骤3)；当本次输出光的波长λi保持与上次输出光波长λi-1一致，或i＝13时，则进入下一步；
5)所述的计算机计算并输出所述的待测元件206的面形PV、系统重复性精度、波长变化量△λ和相位变化量
数据结果(计算方法参见Zhi-Liang Zhao,Min Liu,Li-HuaChen,et al.Research on adaptive interferometric measurement of complexvibration environment.Proceedings of SPIE,2019,10839(12):p3-p9.)。
本实用新型波长调谐相移干涉测试装置适用于各种不同口径的光学元件及系统测试，口径测试范围为Ф100mm～Ф800mm，具有高检测速率、高测试精度以及系统高度稳定可靠等优越特性。
Claims (3)
1.一种波长调谐相移干涉测试装置，其特征在于由波长调谐激光器(1)、干涉测试系统(2)和干涉图样采集系统(3)三部分构成，所述的波长调谐激光器(1)的波长变化由波长变化驱动电压引起电流改变而改变，所述的干涉测试系统(2)的构成是：沿所述的波长调谐激光器(1)的输出光方向依次包括45°反射镜(201)、聚焦透镜(202)、分光棱镜(203)、准直物镜(204)、标准镜(205)和待测元件(206)，所述的干涉图样采集系统(3)依次包括凹透镜(301)、凸透镜(302)和CCD(303)，所述的待测元件(206)的前表面与标准镜(205)的参考面之间形成干涉测试腔。
2.根据权利要求1所述的波长调谐相移干涉测试装置，其特征在于所述的波长调谐激光器(1)的波长调谐范围为0.5nm，波长分辨率为0.2pm，输出波长为随机值。
3.根据权利要求1所述的波长调谐相移干涉测试装置，其特征在于所述的标准镜(205)为标准平面楔镜，在光路前进方向前表面为楔角面，楔角为30'，后表面为标准参考面。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202020104005.XU CN211373498U (zh) | 2020-01-17 | 2020-01-17 | 波长调谐相移干涉测试装置 |
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| CN202020104005.XU CN211373498U (zh) | 2020-01-17 | 2020-01-17 | 波长调谐相移干涉测试装置 |
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| CN211373498U true CN211373498U (zh) | 2020-08-28 |
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Family Applications (1)
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| CN202020104005.XU Active CN211373498U (zh) | 2020-01-17 | 2020-01-17 | 波长调谐相移干涉测试装置 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN211373498U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112880569A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-06-01 | 上海大学 | 一种基于腔长校正的多表面测量方法 |
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2020
- 2020-01-17 CN CN202020104005.XU patent/CN211373498U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112880569A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-06-01 | 上海大学 | 一种基于腔长校正的多表面测量方法 |
| CN112880569B (zh) * | 2021-01-25 | 2022-11-08 | 上海大学 | 一种基于腔长校正的多表面测量方法 |
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