基于标准液面的大口径干涉仪绝对检验技术研究

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随着精密制造行业对光学元件面形要求的提高,干涉仪系统误差的标定越来越重要。而液面基准法具有精度高、操作简单的优点。本文采用干涉测量法完成液面动态特性研究,建立了标准的液面基准,并利用该液面基准实现了大口径立式干涉仪的系统误差的标定与测量。首先,针对液面非稳状态和稳定状态采用了两种移相干涉测量方法。采用点光源异位空间移相的干涉测量方法来构建动态斐索干涉系统,进行液面非稳状态下的瞬态测量,分析研究液面动态特性,进行液面基准建立。采用波长调谐的干涉测量方法搭建大口径立式斐索干涉仪,对稳定状态下的液面特性进行分析研究,完成液面绝对检验。其次,研究探讨了如何建立一个高精度的液面基准。液体基准直接影响了液面绝对检验的精准性,因此液体基准的建立为液面绝对检验中极为关键的一步。通过对液体和液盘各项性质的分析,探究液体材料、粘度、厚度对液面稳定性的影响以及液盘材质、尺寸、阻尼岛对液面平整度的影响,并进行相应的实验验证。最终液面基准的液体材料选用100cs的二甲基硅油,厚度选取2mm或略大于2mm,干涉仪的有效通光口径小于液盘口径的90%。第三,对液面环境保障技术进行分析讨论。液面不同于玻璃平晶,对外界环境极为敏感,温湿度、气流和振动都会对液面的稳定性和平整度产生较大的影响。因此对环境影响因素展开具体理论分析与实验验证,得到环境温湿度变化对液面的平整度和稳定性产生的影响。采用精密空调系统控制环境温度波动在0.1℃之内,增加隔振装置和防风罩,得到符合要求的液面实验室环境条件。最后,利用高精度的液面基准对大口径立式斐索干涉仪进行标定,同时对液面绝对检验实验的重复性和复现性进行讨论,并分析系统误差和实验误差的影响。实验得到Φ300mm大口径立式斐索干涉仪的标定结果PV值为23.2nm,RMS值为3.4nm。并且采用两块不同的液面基准分别进行液面绝对检验,得到两次测量结果的波面残差PV值为5.8nm,证明液面绝对检验方法的可靠性。最终将液面绝对检验结果和平晶绝对检验的结果进行对比分析,得到两种方法的残差波面PV值为6.1nm,证明液面绝对检验方法的准确性。
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