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光電微課堂 |光學(xué)玻璃均勻性測(cè)量

來(lái)源：時(shí)間：2022-08-05 13:53:47 瀏覽：5860次

光學(xué)均勻性

指同一塊玻璃中各點(diǎn)折射率的不一致性，通常由退火爐內(nèi)各處溫度不均等引起；可用玻璃中各部分折射率偏差最大值Δn max來(lái)表示，按GB/T7962.2–2010中方法測(cè)量，分為4級(jí)。均勻性指標(biāo)應(yīng)根據(jù)其應(yīng)用及光學(xué)元件的最終尺寸來(lái)確定。這通常與所需的測(cè)試孔徑（例如物理尺寸的95％）內(nèi)的最大折射率變化相對(duì)應(yīng)。

折射率不均勻性

可采用透射干涉法測(cè)量切片或同爐試片（口徑不大于 Φ250mm）的折射率不均勻性，檢測(cè)波長(zhǎng) 0.6328μm，測(cè)量值△ n/n ≤４×10 - ５，某些高質(zhì)量光學(xué)玻璃折射率偏差在10-6或更高級(jí)別。

光學(xué)玻璃均勻性測(cè)量

光學(xué)玻璃均勻性測(cè)量方法較多，包括全息干涉法、干涉測(cè)量法、刀口儀陰影法、分辨率比值法等，其中干涉測(cè)量法最為常用——既能測(cè)量光學(xué)玻璃折射率的變化值，又能看清折射率變化的部位，精度高。刀口儀陰影法較適合光學(xué)車間大口徑鏡面毛坯的檢測(cè)。

因是測(cè)定光學(xué)材料“內(nèi)部”均勻性，在使用干涉儀測(cè)試時(shí)，就需要自透射結(jié)果中去掉被測(cè)樣品前表面，后表面，以及標(biāo)準(zhǔn)鏡和參考鏡的影響，然后除以被測(cè)樣品的長(zhǎng)度，才最終得到內(nèi)部光學(xué)均勻性結(jié)果。它的意義在于在單位長(zhǎng)度上折射率變化的分布。使用機(jī)械移相式菲索式激光干涉儀，是通過(guò)四步完成測(cè)定光學(xué)均勻性的。

另外，采用干涉儀測(cè)試，要求樣品前后表面都已光學(xué)拋光，且保持一定的楔角。如前后表面過(guò)于平行，在測(cè)試一個(gè)表面時(shí)，另一個(gè)表面的干涉條紋會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，造成干擾。基于該限制，對(duì)于不同口徑，建議樣品前后表面的平行度范圍為：

100mm: 5 to 25 弧分

150mm: 3.5 to 35弧分

300mm: 2 to 66 弧分

450mm: 1 to 85 弧分

這樣測(cè)試片具有一定的楔角，測(cè)量多次，△ n/n 的算術(shù)平均值可滿足要求。折射率不均勻性△ n 的測(cè)試原理如下圖所示。

1. 光源；2. 準(zhǔn)直系統(tǒng)；

3. 平面板；4. 被測(cè)樣品；

5. 標(biāo)準(zhǔn)反射鏡；6. 精密調(diào)整臺(tái)；

7. 成像傳感器；8. 數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)；

W i 為入射波面波像差分布函數(shù)；

W 1 為標(biāo)準(zhǔn)參考平面 AB 內(nèi)反射面和樣品前表面 CD 反射波面干涉后的波像差；

W 2 為標(biāo)準(zhǔn)參考平面 AB 內(nèi)反射波面和樣品后表面 EF 內(nèi)反射波面干涉后的波像差；

W 3 為標(biāo)準(zhǔn)參考平面AB內(nèi)反射波面和樣品透射波面干涉后的波像差；

W 4 為移去樣品后，標(biāo)準(zhǔn)參考平面 AB 內(nèi)反射波面和測(cè)試反射鏡 GH反射波面干涉后的波像差。

折射率不均勻性測(cè)試裝置由激光光源、準(zhǔn)直系統(tǒng)、平面板、標(biāo)準(zhǔn)反射鏡、攝像機(jī)及計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)組成，通過(guò)測(cè)試四幅干涉圖像計(jì)算獲得折射率差的分布。按照公式（1）和（2）計(jì)算折射率差分布的PV值和RMS值作為光學(xué)材料的折射率不均勻性的絕對(duì)值。

其中，折射率差分布 Δn （x，y）按照以下步驟獲得，如下圖所示。

W i ：入射波面分布函數(shù)；

Z 1 ：被測(cè)光學(xué)材料前表面的面形偏差分布函數(shù)；

Z 2 ：被測(cè)光學(xué)材料后表面的面形偏差分布函數(shù)；

Z 3 ：測(cè)試平面反射鏡的面形偏差分布函數(shù)。

按照上圖所示步驟依次調(diào)試出四幅干涉圖，分別由以下波面兩兩相干：

1、標(biāo)準(zhǔn)參考平面內(nèi)反射波面與樣品前表面反射波面干涉，檢測(cè)出波像差 W1 ；

2、標(biāo)準(zhǔn)參考平面內(nèi)反射波面與樣品后表面內(nèi)反射波面干涉，檢測(cè)出波像差 W2 ；

3、標(biāo)準(zhǔn)參考平面內(nèi)反射波面與樣品的透射波面干涉，檢測(cè)出波像差 W3 ；

4、移去樣品，標(biāo)準(zhǔn)參考平面反射波面與測(cè)試反射鏡反射波面干涉，檢測(cè)出波像差W4。

W 1 ~W 4 分別用公式（3）~ 公式（6）表示：

式中，

W1—待檢樣品前表面 Z1 反射的波前誤差，單位μm ；

W2—經(jīng)待檢樣品透射后表面Z2反射回的波前誤差，單位μm；

W3—經(jīng)待檢樣品透射，再經(jīng)測(cè)試平面鏡鏡面Z3反射回的波前誤差，單位μm ；

W4—移去待檢樣品后的干涉儀空腔波前誤差，單位μm ；

n0—待檢樣品在該指定紅外波長(zhǎng)的折射率標(biāo)稱值；

t0—待檢樣品的平均厚度，單位㎜。

折射率不均勻性 Δn 與上述波像差滿足如下關(guān)系：

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