基于變焦系統(tǒng)的等厚等傾復合型干涉儀
發(fā)布時間：2020-09-03 08:37
干涉儀是應用干涉測量技術對光學材料、元件、系統(tǒng)的各種參量進行高精度測量的光學測試儀器。針對單個干涉儀應用范圍受限的問題,本論文研究了一種利用變焦系統(tǒng)能根據(jù)測量需求實現(xiàn)等厚干涉和等傾干涉之間切換的復合型干涉儀,為研制更高性能的干涉儀進行一定的理論基礎研究及關鍵技術儲備,對于實際工程有著一定的指導意義。論文分析了干涉原理和常用干涉儀光路結(jié)構(gòu)及工作原理,確定了等厚等傾復合型干涉儀的設計方案,并針對設計中需要注意的事項進行分析,完成了干涉儀光學系統(tǒng)的設計,對等厚及等傾干涉進行了仿真,得到了干涉圖。而后完成了干涉儀整機結(jié)構(gòu)設計,設計了專用的固緊及調(diào)節(jié)機構(gòu)。對于干涉儀內(nèi)雜散光的抑制,從光學元件、機械結(jié)構(gòu)以及表面特性這三個方面給出了具體方案,利用TracePro軟件對干涉儀系統(tǒng)三維建模,對等厚干涉和等傾干涉分別進行光線追跡,結(jié)果表明干涉儀對系統(tǒng)內(nèi)部非期望雜散光抑制水平較高,干涉條紋具有良好的對比度。
【學位單位】：長春理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TH744.3
【部分圖文】：
成干涉儀產(chǎn)生等傾干涉及等厚干涉之間的轉(zhuǎn)換，使干涉儀既能夠利用等厚干涉用以檢測平面和球面的面形及光學材料均勻性，也能利用等傾干涉用于較大平晶平面度和較大玻璃平板工作面平行度檢測。同時也為研制更高性能的干涉儀進行一定的理論基礎研究及關鍵技術儲備，用以實現(xiàn)干涉儀產(chǎn)業(yè)化、商品化，縮短同國外的差距。1.2 國內(nèi)外研究進展1.2.1 國外研究進展自 1881 年由美國著名物理學家 AlbertAbraham Michelson 發(fā)明了可用以測定微小長度、折射率以及光波波長的邁克爾遜干涉儀后，干涉測量技術得到了迅猛發(fā)展，長期處于精密工程的前沿領域。由于國外對干涉儀研制上起步較早，器件、工藝及加工等諸多方面更為成熟，所以在干涉測量領域一向有著領先地位[20]。
基于波長調(diào)諧移相干涉原理，用以消除 PZT 移相導致的滯后性、非線性等諸多問題。光源選用中心波長為685nm的半導體激光器，CCD相機分辨率為2048×2048，對平面樣品測量 PV 值重復性可達 5nm，RMS 值可達 0.56nm。圖 1.1（b）為 GPITMXP系列干涉儀。2010 年，美國 ESDI 公司向市場推出了測量口徑為 102mm 的 IntellmmTMZ100 系列立式激光干涉儀[23]，如圖 1.2（a）所示，采用斐索結(jié)構(gòu)，基于 PZT 移相干涉原理，有 IntellmmTMZ100、IntellmmTMHR、IntellmmTMNIR 三種型號，檢測軟件選用 Zernike以及 Seidel 波面擬合法來進行面型擬合。校正后儀器測量精度為 λ/100，RMS 值為0.1mm。隨后又推出了 IntelliumTMH2000 型同步移相式斐索型干涉儀，測量口徑為102mm，裝上附件能對 33mm，150mm，200mm 及 300mm 不同口徑進行檢測，對振動和其他環(huán)境干擾抑制效果明顯，如圖 1.2（b）所示。該系列干涉儀以專利技術HyperPhaseTM模塊取代普通相機，可同時生成三幅精密的相移干涉圖，經(jīng)處理后得到三維面形圖。校準后測量精度為 λ/100，RMS 值優(yōu)于 0.35nm，重復測量精度為 λ/300。
長春光機所的韓東松等人研制出了共光路斐索型動態(tài)干涉儀[26]，采用偏振光干涉原理，選用波長為 783nm 的短相干光源。利用兩個旋轉(zhuǎn)方向互為 45°夾角的偏振分光棱鏡，使四個 CCD 相機能夠在同一時刻采集到四副相位分別為 0°、90°、180°及 270°的干涉圖，能夠?qū)Υ罂趶�、長焦距光學元件實現(xiàn)快速、高精度測量。因存在棱鏡分光結(jié)構(gòu)，導致由四個 CCD 相機采集得到的條紋圖對比度不同，影響干涉儀測量精度。2013 年，南京理工大學郭仁慧等人成功研制出了一臺檢測口徑達 600mm 的波長移相式激光干涉儀[27]，主機選用斐索結(jié)構(gòu)，光路簡圖如圖 1.3 所示。光源選用中心波長為 1055mm 的可調(diào)諧激光器，利用高精度電壓驅(qū)動源，達成對波長調(diào)諧的精密控制針對紅外光的不可見性，配備了可見光半導體激光器來輔助完成系統(tǒng)調(diào)試。采用基于一維時域傅立葉變換的移相量標定方法，解決了波長移相干涉在不同干涉腔長下檢測時移向量的標定問題。用以大口徑光學零件面形及光學材料均勻性檢測。但測量中易受環(huán)境振動，標定誤差等帶來的移向誤差影響，導致 6 個頻譜產(chǎn)生混疊，給最終波面計算帶來誤差。干涉儀測量精度 PV 值可達 64.4nm，RMS 值可達 9.5nm，測量不確定度優(yōu)于 λ/15。
【學位單位】：長春理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TH744.3
【部分圖文】：
成干涉儀產(chǎn)生等傾干涉及等厚干涉之間的轉(zhuǎn)換，使干涉儀既能夠利用等厚干涉用以檢測平面和球面的面形及光學材料均勻性，也能利用等傾干涉用于較大平晶平面度和較大玻璃平板工作面平行度檢測。同時也為研制更高性能的干涉儀進行一定的理論基礎研究及關鍵技術儲備，用以實現(xiàn)干涉儀產(chǎn)業(yè)化、商品化，縮短同國外的差距。1.2 國內(nèi)外研究進展1.2.1 國外研究進展自 1881 年由美國著名物理學家 AlbertAbraham Michelson 發(fā)明了可用以測定微小長度、折射率以及光波波長的邁克爾遜干涉儀后，干涉測量技術得到了迅猛發(fā)展，長期處于精密工程的前沿領域。由于國外對干涉儀研制上起步較早，器件、工藝及加工等諸多方面更為成熟，所以在干涉測量領域一向有著領先地位[20]。
基于波長調(diào)諧移相干涉原理，用以消除 PZT 移相導致的滯后性、非線性等諸多問題。光源選用中心波長為685nm的半導體激光器，CCD相機分辨率為2048×2048，對平面樣品測量 PV 值重復性可達 5nm，RMS 值可達 0.56nm。圖 1.1（b）為 GPITMXP系列干涉儀。2010 年，美國 ESDI 公司向市場推出了測量口徑為 102mm 的 IntellmmTMZ100 系列立式激光干涉儀[23]，如圖 1.2（a）所示，采用斐索結(jié)構(gòu)，基于 PZT 移相干涉原理，有 IntellmmTMZ100、IntellmmTMHR、IntellmmTMNIR 三種型號，檢測軟件選用 Zernike以及 Seidel 波面擬合法來進行面型擬合。校正后儀器測量精度為 λ/100，RMS 值為0.1mm。隨后又推出了 IntelliumTMH2000 型同步移相式斐索型干涉儀，測量口徑為102mm，裝上附件能對 33mm，150mm，200mm 及 300mm 不同口徑進行檢測，對振動和其他環(huán)境干擾抑制效果明顯，如圖 1.2（b）所示。該系列干涉儀以專利技術HyperPhaseTM模塊取代普通相機，可同時生成三幅精密的相移干涉圖，經(jīng)處理后得到三維面形圖。校準后測量精度為 λ/100，RMS 值優(yōu)于 0.35nm，重復測量精度為 λ/300。
長春光機所的韓東松等人研制出了共光路斐索型動態(tài)干涉儀[26]，采用偏振光干涉原理，選用波長為 783nm 的短相干光源。利用兩個旋轉(zhuǎn)方向互為 45°夾角的偏振分光棱鏡，使四個 CCD 相機能夠在同一時刻采集到四副相位分別為 0°、90°、180°及 270°的干涉圖，能夠?qū)Υ罂趶�、長焦距光學元件實現(xiàn)快速、高精度測量。因存在棱鏡分光結(jié)構(gòu)，導致由四個 CCD 相機采集得到的條紋圖對比度不同，影響干涉儀測量精度。2013 年，南京理工大學郭仁慧等人成功研制出了一臺檢測口徑達 600mm 的波長移相式激光干涉儀[27]，主機選用斐索結(jié)構(gòu)，光路簡圖如圖 1.3 所示。光源選用中心波長為 1055mm 的可調(diào)諧激光器，利用高精度電壓驅(qū)動源，達成對波長調(diào)諧的精密控制針對紅外光的不可見性，配備了可見光半導體激光器來輔助完成系統(tǒng)調(diào)試。采用基于一維時域傅立葉變換的移相量標定方法，解決了波長移相干涉在不同干涉腔長下檢測時移向量的標定問題。用以大口徑光學零件面形及光學材料均勻性檢測。但測量中易受環(huán)境振動，標定誤差等帶來的移向誤差影響，導致 6 個頻譜產(chǎn)生混疊，給最終波面計算帶來誤差。干涉儀測量精度 PV 值可達 64.4nm，RMS 值可達 9.5nm，測量不確定度優(yōu)于 λ/15。
【參考文獻】
相關期刊論文 前10條
1 羨一民;;He-Ne激光的波長檢測及穩(wěn)頻技術——激光干涉儀技術綜述之二[J];工具技術;2014年11期
2 劉滿林;楊旺;許偉才;;干涉儀成像畸變引起測量誤差的校正方法[J];光學精密工程;2011年10期
3 田偉;王平;王汝冬;隋永新;王立朋;楊懷江;;φ150mm菲索干涉儀球面標準具結(jié)構(gòu)分析與設計[J];光學技術;2011年03期
4 邵s
本文編號：2811208
本文鏈接：http://www.sikaile.net/kejilunwen/yiqiyibiao/2811208.html
