光学玻璃均匀性测试装置制造方法及图纸

一种光学玻璃均匀性测试装置，该装置包括干涉仪数据采集系统和待测光学玻璃调配系统，干涉仪和数据采集系统，由激光器、分束器、扩束物镜、成像物镜、ＣＣＤ相机和图像采集处理器组成，待测光学玻璃调配系统，包括一液槽，在该液槽内依次置放托板、花岗岩平板、升降网和待测光学玻璃，该液槽设有排液阀和注液阀，其内装有折射率匹配液，该液槽通过管道、注液阀与盛有折射率匹配液的液罐相通，所述的液槽置于倾斜调整机构上，该倾斜调整机构置于防振台上。本实用新型专利技术能直接测量表面不进行预加工的光学玻璃的均匀性，是光学玻璃折射率均匀性的绝对测量，该测试装置可以达到４×１０↑［－７］精度。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及光学玻璃，特别是一种光学玻璃均匀性测试装置，尤其适用于 大尺寸高精度光学玻璃材料的均匀性测试。技术背景近年来用于激光约束聚变的大能量、高功率激光装置发展迅猛，如美国的NIF 和中国的"神光"，这些激光装置需要大量的大尺寸(对角线0.5 lm)平面类透射 激光光学元件。激光系统对这类光学元件的透射波面误差的要求一般在0.25 0.1 入(P—V值)。要加工出精度如此高的光学元件， 一方面对材料的光学均匀性提出 要求非常高，因为厚度为40mm的玻璃材料，局部折射率10—6量级的变化，其单次透 射光波引起的畸变就达到0. 1 A (n取1.53, A取0.633pm);另一方面在玻璃的均 匀性确定的情况下，假如能够测量出均匀性的分布情况就可以在光学加工中采取加 工补偿的办法获得整个透射波面满足要求的光学元件，这在大尺寸激光平面光学元 件的加工中是尤为重要的。郭培基，余景池等人研制了采用激光干涉仪的高精度光学玻璃光学均匀性测量 仪(《激光杂志》2004年第25巻第3期)。该光学玻璃的均匀性测试装置示意图见 图l。它是通过四步测量方法得到被测样品均匀性的绝对测量值，见图2。在已知的如图1和图2所示的光学玻璃均匀性测试装置和测试方法中:由激光 器1发射的激光束经消相干和照明整形等环节，经分束器2，再经扩束系统3扩束 至工件所需的光束口径，之后平行光束经过标准平面镜4，经标准平面镜4后表面 反射的一路光束返回，另一路光束继续通过被测工件5到达后反射镜6之后返回， 两路光束先后通过分束器2再经成像物镜7在CCD8的像面上产生干涉条纹。干涉条 纹通过图像采集在计算机9系统中进行分析计算。图1所描绘测试装置所采集的干 涉图不仅包含了被测工件均匀性的信息，而且包括了系统的误差、前后标准面误差 和工件本身的前后表面的误差。图2中步骤一，标准平面镜4-l的后标准面反射参 考波与被测工件的前表面5-1反射波相干成像数据采集为M"x， y);步骤二，标准 平面镜的后标准面4-1反射参考波与被测工件的后表面5-2反射波相干成像数据采集为M2(x， y);步骤三，标准平面镜的后标准面4-1反射参考波与后反射镜面6-1 反射后再经过被测工件的反射波相干成像数据采集为M3(x， y);步骤四，标准平面 镜的后标准面4-1反射参考波直接与后反射镜面6-1反射被相干成像数据采集为 M4(x， y);通过图2所示的四步测量法可以解出被测工件的折射率均匀性的绝对数 据△ w(x，jv)= (("o-l) (M";c，力-iV/2(x,力)+"0 (M3(;c，力-Mt(;c,力)} /2 f (光学玻璃光学均匀性的绝对测量技术，《激光杂志》2003年第24巻第3期)。上述方法虽然是一种绝对的测量方法，但是需要通过上述四个步骤去除系统引 入的误差，每次测量都需要得到一定精度的干涉条纹，不然引入误差量会很大。而 且，所述的四步测量是在不同的时间段完成，由于时间差引入的空气扰动和气流造 成的误差不能够剔除掉。被测工件仍然需要加工到一定的面形精度。
技术实现思路
为了更加精确和方便的测量光学玻璃的均匀性，本技术的目的在于提供一 种光学玻璃均匀性测试装置，该装置应能直接测量表面不进行预加工的光学玻璃的 均匀性。本技术的技术解决方案是一种光学玻璃均匀性的测试装置，其特点是包括干涉仪和数据采集系统和测 试系统干涉仪和数据采集系统，由激光器、分束器、扩束物镜、成像物镜、CCD相 机和图像采集处理器组成，其位置关系是激光器发出的激光透过分束器经扩束物 镜扩束准直后照射置于液槽中的待测光学玻璃，该扩束物镜又收集由所述的液槽方 向的反射光束经分束器反射后，由成像物镜成像被所述的CCD相机摄像并传送给 图像采集处理器；待测光学玻璃调配系统，包括一液槽，在该液槽内依次置放托板、花岗岩平板、 升降网和待测光学玻璃，该液槽设有排液阀和注液阀，其内装有折射率匹配液，该 液槽通过管道、注液阀与盛有折射率匹配液的液罐相通，所述的液槽置于倾斜调整 机构上，该倾斜调整机构置于防振台上。所述的干涉仪和数据采集系统采用固定立式安装于相对独立的空间，所述的图 像采集处理器独立于一测试房间。所述的扩束物镜的前表面与所述的液槽内的折射率匹配液最高液面的距离为30 80cm。所述的花岗岩平板上表面的面形的P—V值为入/10，并镀制增反模，该增反膜 的反射率为40% 70%，入为激光器的激光波长。所述的托板是开有多条同心圆槽的板。所述的折射率匹配液用a溴代钠和火油配置，与待测光学玻璃的折射率相同。利用上述光学玻璃均匀性的测试装置机进行玻璃均匀性的测试方法，包括下列 步骤① 打开注液阀将配置好的折射率匹配液从液罐缓缓的注入液槽内，注入的液体 量要能够浸没待测光学玻璃，在地球的重力下液面将保持平稳和水平，该液面的面 形标记为」(x， y)，花岗岩平板的标准反射面的面形标记为B(x, y)，开机，激光干 涉仪的CCD相机和图像采集处理器采集由液面反射的波前和通过液面并由花岗岩 平板的标准反射面反射的波前的相干成像，这时检测到的波相差标记为/Z/(x, y):<formula>formula see original document page 5</formula>式中no是待测光学玻璃的折射率，x和y是待测光学玻璃的位置坐标；② 利用升降网将待测光学玻璃缓缓的放入液槽内并使待测光学玻璃完全被液槽 内的折射率匹配液浸入，激光干涉仪的CCD相机和图像采集处理器采集由液面反射 的波前与透过液面和待测光学玻璃后再由花岗岩平板的标准反射面反射的波前相干 成像，这时检测的波相差标记为H2(x， y):<formula>formula see original document page 5</formula>(D图像采集处理器进行数据处理，由(2)式减去(1)式，得到待测光学玻璃 的均匀性图像<formula>formula see original document page 5</formula>从上述可以看出，待测光学玻璃的均匀性图像不仅不包含待测光学玻璃的面形 误差，也不包含系统和装置中花岗岩平板的标准反射面的面形误差，因此本实用新 型在原理上也是一种玻璃光学均匀性的绝对测量方法。所述的液槽内的折射率匹配液满足lU+h2-h,其中h为未放入待测光学玻璃时，折射率匹配液液面与花岗岩平板上表面的距离；放入待测光学玻璃后，&为待测光学玻璃的底面和花岗岩平板的标准反射面 之间距，h2为待测光学玻璃顶面与折射率匹配液液面之间距。因为折射率匹配液能够很好的与待测光学玻璃表面亲和，所以即使不进行精密 抛光的"毛面"玻璃也可以检测。通过倾斜调制机构可以在检测时调整像面上的干 涉条纹的疏密，以获得最佳精度。本技术光学玻璃均匀性测试装置，包括干涉仪和数据采集系统和待测光学 玻璃调配系统。本技术主要改进是干涉仪和数据采集系统采用菲索型商用激 光平面干涉仪或剪切干涉仪级其附带软件并进行扩束。待测光学玻璃调配系统采 用花岗岩材料加工标准反射镜(热膨胀系数低、耐腐蚀)，采用与待测光学玻璃的折 射率匹配液。花岗岩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学玻璃均匀性的测试装置，其特征在于包括：　干涉仪和数据采集系统（３１），由激光器（３１－１）、分束器（３１－２）、扩束物镜（３１－３）、成像物镜（３１－４）、ＣＣＤ相机（３１－５）和图像采集处理器（３１－６）组成，其位置关系是：激光器（３１－１）发出的激光透过分束器（３１－２）经扩束物镜（３１－３）扩束准直后照射置于液槽（３２－１）中的待测光学玻璃（３３），该扩束物镜（３１－３）又收集由所述的液槽（３２－１）方向的反射光束经分束器（３１－２）反射后，由成像物镜（３１－４）成像被所述的ＣＣＤ相机（３１－５）摄像并传送给图像采集处理器（３１－６）；　待测光学玻璃调配系统（３２），包括一液槽（３２－１），在该液槽（３２－１）内依次置放托板（３２－９）、花岗岩平板（３２－２）、升降网（３２－６）和待测光学玻璃（３３），该液槽（３２－１）设有排液阀（３２－８）和注液阀（３２－７），其内装有折射率匹配液（３２－５），该液槽（３２－１）通过管道、注液阀（３２－７）与盛有折射率匹配液（３２－５）的液罐（３２－４）相通，所述的液槽（３２－１）置于倾斜调整机构（３２－３）上，该倾斜调整机构（３２－３）置于防振工作台（３４）上。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张宝安，朱宝钤，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]