球面干涉测量

恒益光学

球面干涉测量

斐索激光干涉仪原理为等厚干涉：单色光束入射到标准镜，部分反射为参考光束，部分透射并通过被测件的为检测光束。检测光束自准返回，与参考光束重合，形成等厚干涉条纹。可用于检测光学元件面形、光学镜头波面像差以及光学材料均匀性等。

一、球面透镜及球面干涉仪介绍

透镜按折射曲面的几何形状可以分为下列几种：球面透镜、轴对称的非球面透镜、柱面透镜以及阶梯透镜（菲涅耳透镜）等。在这里只讨论球面透镜，若其中央部分比边缘部分厚，称为凸透镜，反之，则称为凹透镜，如图1所示。

图1 球面透镜的分类

斐索激光干涉仪有平面和球面两种，与平面干涉仪相比，球面干涉仪需要在干涉仪上使用标准球面镜头，并且需要提供带轴向位移的至少三维调整架来对被测球面进行夹持。球面干涉仪一般有正置、倒置和水平放置三种。

二、球面干涉仪标准镜头的选择

当标准球面和被测样品的F数满足一定的关系，同时被测样品凹球面或凸球面的曲率中心与标准球面镜的焦点重合放置，便可以检测样品的表面面形及不规则性。

（1）被测件为凹面

当被测样品类型为凹球面时，干涉仪标准球面镜头的口径没有限制要求，但标准球面的Ｆ数必须等于或小于样品被测面的Ｆ数。只有满足此条件，光束才可以覆盖（取样）测量区域，进行全口径测量。凹面检测原理如图2所示。

图2 凹面检测原理

（2）被测件为凸面

当被测样品为凸面时，情况比被测样品为凹面时要复杂得多，选择主要遵循以下几个原则：

１）被测样品表面的球面半径必须小于主表面的曲率半径；

２）被测样品的孔径尽量小于选择的镜头的孔径，如果被测样品的孔径大于选择的镜头的孔径，则显示非全口径；

３）为了节约成本尽量使选用的镜头的孔径和被测样品的孔径接近；

４）尽量保证被测件的被测百分比>50%；

图3(a)为被测样品口径小于所选镜头口径时的测量原理图，被测样品的被测百分比虽然是100%，但是所选标准镜头口径大成本高，这种方法不合理。图3(b)中，被测样品直径与所选镜头口径接近时，虽然被测样品的被测百分比不是100%，但所选镜头大小与被测样品口径相差小，此方案为最佳方案。在图3(c)中，当被测样品为凸面且口径比较大时，则样品的被测范围将会比较小，故需要增加所选镜头的口径，从经济成本方面考虑，不建议使用更大直径的标准镜头，可选择子孔径拼接技术进行测量。

图3 凸球面检测原理