[发明专利]一种基于大口径微位移调整架的干涉测量方法

说明书

本发明公开了一种基于大口径微位移调整架的干涉测量方法，首次采用适用于装夹重量大于50kg，600mm口径以上光学元件的大口径微位移调整架，大口径微位移调整架包括底座、镜架、定轴、第一微位移组件、动板、俯仰调节传动组件、偏摆调节传动组件、第一手轮、第二手轮。镜架与动板紧密贴合共同运动，微位移组件带动大口径光学元件产生纳米级步进，实现高精度机械移相，底座通过定轴、两组传动组件与动板传动，定轴保证底座和动板相对位置不变，传动组件可调节动板相对于底座的俯仰、偏摆，此装置实现了在进行大口径光学元件干涉测量时，兼顾二维偏摆调节及高精度机械移相的功能。

技术领域

本发明涉及光学检测技术领域，具体涉及一种基于大口径微位移调整架的干涉测量方法。

背景技术

近年来，极大规模集成电路制造、新能源、航空航天、天文光学等国家重点发展领域对大口径光学元件及光学系统的需求日益增长，同时也为精密光学测试技术带来了一系列亟待解决的难题。为保证光学系统的成像质量，需对其面形进行检验，从而确认系统的制造精度是否满足设计指标要求。因此，研究高精度大口径平晶面形检测方法是非常有必要的。移相干涉测量技术(Phase Shifting Interferometry，PSI)就是其中一种常用方法。1974年，Brunning等人首先提出移相干涉概念。20世纪70年代以来，随着光电技术的发展，具有高精度和高分辨率等特点的移相干涉技术逐渐成为一种标准的波前测量技术，作为以波长为单位的非接触式高精度测量技术，在光学领域中的应用非常广泛，尤其是在光学系统成像评价和面形检测方面。通用的移相干涉方案多采用时间移相，例如压电晶体移相、波长调谐移相等。压电晶体移相方式将标准平晶与压电晶体/陶瓷移相器(PZT)固接，通过驱动电路激励压电晶体，带动标准平晶产生几分之一波长量级的光程变化，从而产生变化的干涉图样。而大口径干涉仪所用平晶口径一般大于600mm，重量近100kg，调整架重载导致移相误差过大甚至根本无法驱动移相。2001年朱煜等发表文章《由三个压电陶瓷堆组成的干涉仪移相器的校正与标定》，解决了由于卧式干涉仪中的三个压电陶瓷堆承重不均匀，在实际应用中引起的条纹旋转及间距变化的问题。但对过重的大口径平晶采用此方法会在调整二维偏摆时由于径向受力使压电晶体外壳前板弯曲变形甚至断裂，无法正常地在重载条件下利用压电晶体移相的同时进行二维偏摆调节。赵维谦等人在专利《一种大口径工作台移相干涉透过波前测量装置》(CN212059303U)中提出了一种即使在重载情况下，摩擦阻力也接近于零的低摩擦重载工作台，将大口径、大重量的光学元件固定在低摩擦重载工作台上，工作台被压电陶瓷驱动沿直线导轨运动，进而带动透射平晶完成移相，该装置承载能力大，运动精度高，适用于大口径移相干涉测量。为解决机械移相不便用于大口径光学元件的问题，目前大口径干涉仪多采用波长调谐移相方案，通过改变激光器波长而非推动硬件实现移相，有效避免了由重载引起的一系列问题。1999年美国ZYGO公司推出4英寸波长调谐移相式干涉仪，并通过扩束系统将测试口径扩展到12英寸、18英寸、24英寸、32英寸、36英寸，ZYGO24干涉仪采用λ₁＝632.8nm的可调谐激光器作为光源，空腔精度可达0.092λ₁(58nm)。2011年，南京理工大学研制出一台600mm口径波长调谐移相近红外卧式斐索干涉仪，光源为λ₂＝1055nm可调谐激光器，在干涉腔长260mm时为0.061λ₂(64.4nm)。但波长调谐移相方式的移相量不仅与波长调谐量有关，还与干涉腔长有关。在长干涉腔情况下需要高分辨力的波长调谐，短干涉腔情况下需要大范围的波长调谐，而现有波长调谐激光器无法兼顾分辨力高和调谐范围大的要求。此外，波长的改变将引入色差，这给高精度透过波前测量带来了难以忽略的误差。同时系统的重复性和精度与可调谐半导体激光器的特性有关，例如受温度影响导致的波长调制漂移误差。因此，波长调谐移相的适用范围有限，精度有待提高。并且需要使用进口昂贵的波长调谐激光器，严重依赖国外进口设备同时增加了干涉仪系统的成本。

发明内容