激光差動共焦曲率半徑測量不確定度評定

王 旭，王中宇，趙維謙，邱麗榮

（1.北京航空航天大學 儀器科學與光電工程學院，北京100191；2.北京理工大學 光電學院，北京100081）

引言

球面元件廣泛地應用于紫外光刻機、天文望遠鏡、激光核聚變系統等精密光學系統，其中曲率半徑是球面光學元件測量中最基本和最重要的參數之一［1-2］。目前常用的曲率半徑測量方法有球徑儀法、表面輪廓儀法、自準直儀法和干涉法等［3-5］。Trioptics公司Ultra-Spherotronic超精密球徑儀的測量精度可達0.005%；松下電器公司UA3P超高精度3D表面輪廓儀的單點測量精度為10nm，可測最小曲率 半 徑 為 2nm［6］；1992 年 Zygo 公 司 的 Lars A.Selberg提出了基于干涉法的曲率半徑測量系統，測量精度可達0.001%［4］。球徑儀法和表面輪廓儀法在測量的過程中均需要接觸被測元件，容易造成零件表面的劃傷，因此接觸式測量法的應用受到一定限制［3］。干涉法具有測量精度高和靈敏度高的優點，但振動、溫度和氣流等容易對干涉條紋的判讀產生干擾，對環境的要求十分嚴格［1，7］。

為了克服以上問題，我們提出了基于差動共焦法的曲率半徑測量方法。此方法利用系統軸向響應特性曲線的過零點與標準透鏡聚焦點相對應的特性，通過差動共焦軸向強度響應特性曲線IA和IB的過零點OA和OB，對被測球面元件的貓眼或共焦進行高精度觸發瞄準，結合干涉測長技術測得貓眼和共焦位置之間的間距，進而實現曲率半徑的高精度測量［8-10］。本文構建了一套激光差動共焦曲率半徑測量系統，對曲率半徑測量結果的不確定度評定進行研究，分析計算差動共焦曲率半徑測量系統的精度和重復性。……