一种用于检测中红外光学元件、材料及光学系统的半导体中红外可见光双波长透射式干涉测试装置，包括双波段共光路准直输出模块、10.5μm半导体红外光干涉成像模块和635nm半导体可见光干涉成像测试对准模块，本发明专利技术装置可实现中红外测试精度PV值优于0.05λ，RMS优于0.01λ，系统重复性优于0.001λ的高分辨率干涉测试。
Dual wavelength transmission interferometer for mid infrared visible light measurement
A dual wavelength transmissive interference test device for infrared visible light in a medium infrared optical element, material and optical system, which includes a dual band collimation output module, a 10.5 m semiconductor infrared light interference imaging module and a 635nm semiconductor visible light interference imaging test alignment module. The invention can be used in the device. The PV accuracy of mid infrared test is better than 0.05 lambda, RMS is better than 0.01 lambda, and the repeatability of the system is better than that of 0.001 lambda high resolution interferometry.
【技术实现步骤摘要】
半导体中红外可见光双波长透射式干涉测试装置
本专利技术涉及中红外可见光双波长斐索透射干涉测试装置，主要是采用中红外和可见光双波长半导体光源进行干涉测试，可用于测试中红外光学元件的面形精度、材料的物理特性和光学系统的综合特性参数。
技术介绍
目前，中红外光学系统在军事、航天、能源、通讯、遥感等领域具有广泛的应用前景，从而导致对中红外光学系统中使用的光学元件及材料的检测需求不断增长，随之引起国内外科研工作者对中红外应用波段光学产品及光学系统测试的密切关注，并展开了一系列相关研究。从上世纪60年代末科研工作者就开始了对红外干涉仪的研究和应用，国际大品牌公司Zygo、Vecco、POE、Graham等均采用泰曼-格林型数字相移式中红外干涉测试装置进行检测，以CO2激光器作为光源；国内对中红外干涉仪的研究和应用比国外较晚，国内将中红外波段纳入研究范畴的科研院所主要有成都光电所和南京理工大学，采用的红外光源也是10.6μmCO2激光器。近年来中红外干涉测试技术不断飞速发展，预示着其将成为未来中红外波段光学元件面形检测、材料物理特性参数测试应用的发展趋势。因此，对中红外测试成像技术的研究与产业化生产成为光学检测领域的重大课题之一。据研究，常用中红外光学元件面形精度、材料物理特性等参数测试的波段范围为2～14μm。在中红外干涉测试系统中，仪器使用安全性和操作方便性是整个测试过程中首要考虑的部分，国际上普遍采用功率为瓦级以上的CO2激光器作为中红外干涉测试光源，不仅对测试样品和红外探测器造成一定的功率损伤，同时也对测试人员存在一定的安全威胁。此外，使用波长10.6μm的CO2激光器，由于该波段的不可见特性将给操作人员带来极大的不便。现基于泰曼-格林式和斐索型的中红外干涉测试系统仅在测试对准方面进行深入研究，并取得一定的成效，但都无法实现从可见光到中红外光波段范围的共同测试和共光路对准，且未见报道。因此，寻求低功率光源、共光路对准、操作简便的数字移相式中红外干涉仪是当今科研工作者研究的重点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于中红外光学元件、材料及光学系统的半导体中红外可见光双波长共光路透射式干涉测试装置。该双波长干涉测试装置为中红外光学元件的面形精度、材料物理特性以及光学系统综合特性参数提供了必要的测试分析装置。该装置通过双波段共光路测试，实现了可见光波段到中红外波段光学元件的高精度对准测试，解决了中红外干涉仪测试共光路对准及测试范围限制的问题。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种半导体中红外可见光双波长透射式干涉测试装置，其特点在于包括双波段共光路准直输出模块、10.5μm半导体红外光干涉成像模块和635nm半导体可见光干涉成像测试对准模块：所述的双波段共光路准直输出模块包括635nm半导体可见光光源和10.5μm半导体红外光源，沿所述的10.5μm半导体红外光源的输出光束方向依次是第一扩束聚焦镜、第一分光棱镜、45°分光镜、球面准直物镜、双凸球面补偿镜、标准反射球面镜或标准平面楔镜和标准反射镜，沿所述的635nm半导体可见光光源输出光束方向依次是第二扩束聚焦镜、第二分光棱镜、45°分光镜、球面准直物镜、双凸球面补偿镜、标准球面镜或标准平面楔镜和标准反射镜；所述的球面准直物镜、双凸球面补偿镜、标准球面镜或标准平面楔镜和标准反射镜共光轴；所述的球面准直物镜和所述的第一扩束聚焦镜的数值孔径相等，且球面准直物镜的焦点与所述的第一扩束聚焦镜对所述的10.5μm半导体红外光源输出平行光聚焦焦点相重合；所述的球面准直物镜与第二扩束聚焦镜的数值孔径相等，且球面准直物镜的焦点与第二扩束聚焦镜的焦点相重合；所述的45°分光镜在光束前进方向上第一面为楔角面，第二面为反射面，该45°分光镜与球面准直物镜的光轴成45°夹角，所述的10.5μm半导体红外光源的输出光束直接透过所述的45°分光镜，所述的635nm半导体可见光光源的输出光束经所述的45°分光镜反射输出，所述的标准反射球面镜或标准平面楔镜在光束前进方向上的第一面为楔角面，第二面为标准球面参考面或标准平面参考面，所述与标准球面镜或标准平面楔镜的标准球面参考面或标准平面参考面与所述的标准反射镜形成干涉测试腔，被测试光学元件置于标准球面镜或标准平面楔镜的标准球面参考面或标准平面参考面和所述的标准反射镜之间；所述的10.5μm半导体红外光干涉成像模块，由沿原光路返回的干涉测试光方向依次的第一分光棱镜、第一干涉成像镜组和红外探测器组成，在干涉成像过程中，由所述的标准反射镜和被测试光学元件的反射光透过所述的标准球面镜(1)或标准平面楔镜(18)的标准球面参考面或标准平面参考面的测试光和由标准球面镜(1)或标准平面楔镜(18)的楔角面的反射光共同形成的沿原光路返回的干涉测试光，经45°分光镜、第一分光棱镜、第一干涉成像镜组和红外探测器并成像于红外探测器靶面上；所述的635nm半导体可见光干涉成像及测试对准模块，由沿原光路返回的干涉测试光方向依次的第二分光棱镜、第二凸透镜、第二干涉成像镜组和可见光CCD组成，在干涉成像过程中，由所述的标准反射镜和被测试光学元件的反射光透过所述的标准球面镜或标准平面楔镜的标准球面参考面或标准平面参考面的测试光和由标准球面镜或标准平面楔镜的楔角面的反射光共同形成的沿原光路返回的干涉测试光，经45°分光镜、第二分光棱镜、第二凸透镜、第二干涉成像镜组和可见光CCD并成像于可见光CCD靶面上；所述的测试对准光源是635nm半导体可见光光源，利用635nm半导体可见光光源对635nm半导体可见光测试共光路和10.5μm半导体红外光测试共光路对准。所述的标准反射镜为标准球面反射镜或标准平面反射镜。所述的10.5μm半导体红外光源为10.5μm半导体红外激光器。所述的635nm半导体可见光光源为635nm半导体激光器。所述的45°分光镜的楔角面为30分的楔角所述的标准球面镜或标准平面楔镜的楔角面为30分的楔角。本专利技术的技术效果：本专利技术装置采用斐索透射式测试系统实现了被测元件从中红外到可见光双波段宽频区域的反射、透射波前测试，提供了共光路准直输出和干涉测试模块，双波段测试可达同等精度，同时在干涉测试过程中由平行板产生的位移像差相对于长波长λ/10下，可忽略不计。该装置考虑到中红外光的不可见特性而引入将635nm可见光源作为辅助光源进行中红外光测试位置对准。通过采用波长10.5μm且输出功率仅为100mW的半导体红外光源，降低了仪器本身使用的危险，同时解决了红外探测器功率损伤与过饱和问题。附图说明图1为本专利技术半导体中红外可见光双波长透射式干涉测试装置的光路图具体实施方式以下结合附图对本专利技术作详细说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。图1是本专利技术半导体中红外可见光双波长透射式干涉测试装置光路图，由图可知，本专利技术半导体中红外可见光双波长透射式干涉测试装置，包括双波段共光路准直输出模块、10.5μm半导体红外光干涉成像模块和635nm半导体可见光干涉成像测试对准模块：所述的双波段共光路准直输出模块包括635nm半导体可见光光源17和10.5μm半导体红外光源10，沿所述的10.5μm半导体红外光源10的输出光束方向依次是第一扩束聚焦镜9、第一分光棱镜5、45°分光镜4、本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半导体中红外可见光双波长透射式干涉测试装置，其特征在于包括双波段共光路准直输出模块、10.5μm半导体红外光干涉成像模块和635nm半导体可见光干涉成像测试对准模块：所述的双波段共光路准直输出模块包括635nm半导体可见光光源(17)和10.5μm半导体红外光源(10)，沿所述的10.5μm半导体红外光源(10)的输出光束方向依次是第一扩束聚焦镜(9)、第一分光棱镜(5)、45°分光镜(4)、球面准直物镜(3)、双凸球面补偿镜(2)、标准反射球面镜(1)或标准平面楔镜(18)和标准反射镜，沿所述的635nm半导体可见光光源(17)输出光束方向依次是第二扩束聚焦镜(16)、第二分光棱镜(11)、45°分光镜(4)、球面准直物镜(3)、双凸球面补偿镜(2)、标准球面镜(1)或标准平面楔镜(18)和标准反射镜；所述的球面准直物镜(3)、双凸球面补偿镜(2)、标准球面镜(1)或标准平面楔镜(18)和标准反射镜共光轴；所述的球面准直物镜(3)和所述的第一扩束聚焦镜(9)的数值孔径相等，且球面准直物镜(3)的焦点与所述的第一扩束聚焦镜(9)对所述的10.5μm半导体红外光源(10)输出平行光聚焦焦点相重合；所述的球面准直物镜(3)与第二扩束聚焦镜(16)的数值孔径相等，且球面准直物镜(3)的焦点与第二扩束聚焦镜(16)的焦点相重合；所述的45°分光镜(4)在光束前进方向上第一面为楔角面，第二面为反射面，该45°分光镜(4)与球面准直物镜(3)的光轴成45°夹角，所述的10.5μm半导体红外光源(10)的输出光束直接透过所述的45°分光镜(4)，所述的635nm半导体可见光光源(17)的输出光束经所述的45°分光镜(4)反射输出，所述的标准反射球面镜(1)或标准平面楔镜(18)在光束前进方向上的第一面为楔角面，第二面为标准球面参考面或标准平面参考面，所述的标准球面镜(1)或标准平面楔镜(18)的标准球面参考面或标准平面参考面与所述的标准反射镜形成干涉测试腔，被测试光学元件置于标准球面镜(1)或标准平面楔镜(18)的标准球面参考面或标准平面参考面和所述的标准反射镜之间；所述的10.5μm半导体红外光干涉成像模块，由沿原光路返回的干涉测试光方向依次的第一分光棱镜(5)、第一干涉成像镜组(6,7)和红外探测器(8)组成，在干涉成像过程中，由所述的标准反射镜和被测试光学元件的反射光透过所述的标准球面镜(1)或标准平面楔镜(18)的标准球面参考面或标准平面参考面的测试光和由标准球面镜(1)或标准平面楔镜(18)的楔角面的反射光共同形成的沿原光路返回的干涉测试光，经45°分光镜(4)、第一分光棱镜(5)、第一干涉成像镜组(6,7)和红外探测器(8)后成像于红外探测器(8)靶面上；所述的635nm半导体可见光干涉成像及测试对准模块，由沿原光路返回的干涉测试光方向依次的第二分光棱镜(11)、第二凸透镜(12)、第二干涉成像镜组(13,14)和可见光CCD(15)组成，在干涉成像过程中，由所述的标准反射镜和被测试光学元件的反射光透过所述的标准球面镜(1)或标准平面楔镜(18)的标准球面参考面或标准平面参考面的测试光和由标准球面镜(1)或标准平面楔镜(18)的楔角面的反射光共同形成的沿原光路返回的干涉测试光，经45°分光镜(4)、第二分光棱镜(11)、第二凸透镜(12)、第二干涉成像镜组(13,14)和可见光CCD(15)后成像于可见光CCD(15)靶面上；所述的测试对准光源是635nm半导体可见光光源(17)，利用635nm半导体可见光光源(17)对635nm半导体可见光测试共光路和10.5μm半导体红外光测试共光路对准。...
【技术特征摘要】
1.一种半导体中红外可见光双波长透射式干涉测试装置，其特征在于包括双波段共光路准直输出模块、10.5μm半导体红外光干涉成像模块和635nm半导体可见光干涉成像测试对准模块：所述的双波段共光路准直输出模块包括635nm半导体可见光光源(17)和10.5μm半导体红外光源(10)，沿所述的10.5μm半导体红外光源(10)的输出光束方向依次是第一扩束聚焦镜(9)、第一分光棱镜(5)、45°分光镜(4)、球面准直物镜(3)、双凸球面补偿镜(2)、标准反射球面镜(1)或标准平面楔镜(18)和标准反射镜，沿所述的635nm半导体可见光光源(17)输出光束方向依次是第二扩束聚焦镜(16)、第二分光棱镜(11)、45°分光镜(4)、球面准直物镜(3)、双凸球面补偿镜(2)、标准球面镜(1)或标准平面楔镜(18)和标准反射镜；所述的球面准直物镜(3)、双凸球面补偿镜(2)、标准球面镜(1)或标准平面楔镜(18)和标准反射镜共光轴；所述的球面准直物镜(3)和所述的第一扩束聚焦镜(9)的数值孔径相等，且球面准直物镜(3)的焦点与所述的第一扩束聚焦镜(9)对所述的10.5μm半导体红外光源(10)输出平行光聚焦焦点相重合；所述的球面准直物镜(3)与第二扩束聚焦镜(16)的数值孔径相等，且球面准直物镜(3)的焦点与第二扩束聚焦镜(16)的焦点相重合；所述的45°分光镜(4)在光束前进方向上第一面为楔角面，第二面为反射面，该45°分光镜(4)与球面准直物镜(3)的光轴成45°夹角，所述的10.5μm半导体红外光源(10)的输出光束直接透过所述的45°分光镜(4)，所述的635nm半导体可见光光源(17)的输出光束经所述的45°分光镜(4)反射输出，所述的标准反射球面镜(1)或标准平面楔镜(18)在光束前进方向上的第一面为楔角面，第二面为标准球面参考面或标准平面参考面，所述的标准球面镜(1)或标准平面楔镜(18)的标准球面参考面或标准平面参考面与所述的标准反射镜形成干涉测试腔，被测试光学元件置于标准球面镜(1)或标准平面楔镜(18)的标准球面参考面或标准平面参考面和所述的标准反射镜之间；所述的10.5μm半导体红外光干涉成像模块，由沿原光路返回的干涉测试...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵智亮，陈利华，赵子嘉，葛瑞红，廖伟，李季根，刘敏，
申请(专利权)人：赵智亮，成都太科光电技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51
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