制造光学元件所用到的测试测量方法

2013-12-17 admin1 101

  制造光学元件时, 常常需要得到十分精确的平面、球面等, 为此我们必须检查元件表面的质量,最简单的方法是用样板检验。我们通过观察干涉条纹的形状来判断被检表面的缺陷,从而进行相应的磨制, 最终达到我们的标准要求。

  在制造光学元件时,常常需要得到十分精确的平面、球面等,为此我们必须检查元件表面的质量,最简单的方法是用样板检验。下面笔者对此问题做以分析和探讨。

  1.检查平面的平整度

  如图1(a)所示,若被检查的表面A是不规则的平面,则可在A上放一标准样板B,使其一端P相接触,另一端Q处垫一薄片,这样便在A、B两表面间得到一个空气的劈形薄膜。若薄膜很薄,光在薄膜表面的入射角又不大(通常我们采用单色光垂直入射)的情况下,等厚条纹定域在膜的表面,故眼睛注视薄膜表面就可看到等厚干涉条纹,通过观察干涉条纹形状来判断被检表面的缺陷,从而进行磨制以最终达到要求。

  

制造光学元件所用到的测试测量方法

  1.1 若观察到的等厚条纹是如图 1(b)所示的平行于尖劈棱边的等间距的直线条纹,则表明表面是精确的平面。

  1.2 观察到的等厚条纹是如图1(c)所示有局部弯向棱边,这表明在工件表面的相应位置处有一条垂直于棱边的不平纹路,下面我们做以具体分析,我们知道,同一等厚条纹应对应相同的空气厚度,所以在同一条纹上,弯向棱边的部分和直的部分所对应的空气厚度应该相等。本来越靠近棱边膜的厚度应越小,而现在在同一条纹上近棱边处和远棱边处厚度相等,说明工件表面的纹路是凹下去的,即在工件表面有一垂直于棱边的凹痕。没凹痕的深度为△h,由图(1c)可知 AD/AB=AE/AC,而AC为相邻干涉条纹对应的空气厚度之差,即为λ /2,而 AE 即使凹痕的深度△h,故a/b=△ h/(λ /2),即△h=(a/b)(λ/2)。同理,若观察到的等厚条纹有局部远离棱边方向发生弯曲,如图1(d)所示,则表明工件表面有一垂直于棱边的凸痕,凸起的高度应为?h=(a/b)(λ/2)。

  1.3 若观察到的条纹如图1(e)所示,干涉条纹全部弯向棱边,这表明被检表面是一很接近平面的凹球面。对于这种情形,我们可以看作是图1(c)所示的情形在整个工件表面的延展,其不平度即工件表面偏离平面的最大偏差,在这种情形下,也即是被检表面A中心凹下的深度△ h=(a/b)(λ/2)。相反,若观察到如图1(e)所示的干涉条纹,条纹全部沿远离棱边方向发生弯曲,则被检表面是一很接近平面的凸球面。其凸起的高度△h=(a/b)(λ/2)。

  2.检查球面表面

  常用的仪器中,透镜表面多是球面或平面。在磨制时,也要检查其完善程度和曲率半径是否符合要求。方法和前面类似,是将所磨制的球面与玻璃样板进行比较,玻璃样板是一块硬质玻璃板,它的一个表面是符合设计要求的球面,另一个表面是平面。把透镜和样板比较时,样板的作用类似于检查平面时用的标准平面玻璃板。若要磨制的透镜表面A是凸面,则用凹面样板B放在透镜上,用单色光垂直照射,并观察两者之间的空气膜形成的干涉条纹,通过条纹形状来判断球面的缺陷。

  1 当样板B 正放在A 面上不倾斜时,如图2(a)所示,在视场中未看到任何条纹;而当样板略微倾斜时,如图2(b)所示,观察到等间距的平行直条纹,则说明被检表面A完全符合设计要求。若当样板B略微倾斜时,观察到如图2(c)所示的条纹,则表明被检表面A半径准确,但面上有一条沿CD方向的凹痕,其凹痕深度为△h= (a/b)(λ/2)。

  

制造光学元件所用到的测试测量方法

  2 当样板 B 正放在A上时,观察到牛顿环,如图 2(d)所示的明暗相间不等间距的同心圆环,则表明球面半径有误差。由牛顿环的原理知,两表面(被检表面与样板表面)之间的空气隙形成一个厚度变化的空气膜,当厚度为 j(λ /2)时,就观察到暗纹;当厚度为(j+1/2)(λ /2)时,就观察到亮纹。

  因此,两相邻暗纹之间空气膜的厚度相差λ /2,每一暗条纹的出现表明被检表面与标准样板间的偏差增加λ /2。故测出暗条纹的数目N就可知透镜表面与玻璃样板的半径偏差△ d=N(λ/2)。

  当观察到图 2(e)所示的条纹时,说明球面既有不规则的区域又有半径误差。这两种缺陷都会影响仪器的成像质量,但比较起来,由于半径误差而产生的影响较小。因此磨 的透镜表面在半径上可以允许有一些偏差。通常,对于中等精度的光学元件,如果用样板检查时看到整个透镜表面有3-5条圆形条纹,还是允许的。但是透镜表面的规则程度要求则较高,因其对成像质量的影响比较严重。

  根据以上对条纹形状的分析,我们可以得知被检表面存在的缺陷,从而在此基础上进行相应的磨制,最终达到我们所需要的标准的平面或球面。

电话咨询
邮件咨询
在线地图
QQ客服