基于多波長光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的透射波前檢測

朱大勇,張齊元,王 芳,朱懷康,賈文昕,韓 森,

(1.上海理工大學(xué)光電信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院,上海 200093；2.蘇州慧利儀器有限責(zé)任公司,江蘇 蘇州 215123；3.蘇州科技大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,江蘇 蘇州 215009)

1 引 言

波前像差是光學(xué)系統(tǒng)中重要的性能評價(jià)指標(biāo),傳統(tǒng)波前檢測技術(shù)只能檢測有限特定波長的透射波前[1-2]。為了解決透射波前檢測受波長限制的問題,提出了多波長透射波前檢測技術(shù),即使用少數(shù)幾個波長透射波前的測量數(shù)據(jù),通過透射波前與波長的函數(shù)關(guān)系計(jì)算出一定波段范圍內(nèi)任意波長透射波前[3-5],其中波前使用Zernike多項(xiàng)式表示[6]。為了驗(yàn)證多波長波前檢測技術(shù),以一個常規(guī)的632.8nm激光干涉儀為原型,采用更換激光光源的方式設(shè)計(jì)不同波長激光干涉儀[7]。通過測量光學(xué)透鏡(鏡頭)在不同波長下的Zernike系數(shù),初步驗(yàn)證了透射波前Zernike系數(shù)與波長的函數(shù)關(guān)系以及多波長波前檢測的可行性[7]。由于在檢測中不可避免地存在系統(tǒng)誤差和測量誤差,因此進(jìn)一步分析了系統(tǒng)誤差和測量誤差對預(yù)測波前Zernike系數(shù)的影響,并改進(jìn)擬合Zernike系數(shù)-波長曲線的方法以進(jìn)一步提高計(jì)算精度[8]。相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了新的檢測技術(shù)能夠?yàn)楣鈱W(xué)系統(tǒng)(鏡頭)的性能檢測提供更加完善的方案[8]。

目前激光干涉技術(shù)仍是高精度測量光學(xué)系統(tǒng)波前像差最主要的方式,其中菲索干涉儀以其共光路、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)成為了主流商業(yè)激光干涉儀[9-10]。但現(xiàn)階段產(chǎn)品中菲索干涉儀均為單波長激光干涉儀,而在多波長波前技術(shù)中需要使用到幾種不同波長激光干涉儀,顯然在檢測中同時使用多個激光干涉儀對一個樣品進(jìn)行測量是不合理的,也是不經(jīng)濟(jì)的(多種激光干涉儀中不同大小的系統(tǒng)誤差會引入到測量結(jié)果中)。雖然在實(shí)驗(yàn)中可以通過更換光源的方式配置不同波長激光干涉儀,但該方法不宜在實(shí)際中使用[7]。另外,以往的實(shí)驗(yàn)結(jié)果雖然基本符合預(yù)期,但整體來說實(shí)驗(yàn)仍然有很多需要改進(jìn)的地方,其中主要的問題有以下幾個方面,第一,實(shí)驗(yàn)中使用的光源的波長范圍是532～1064 nm,通過仿真可知大部分系統(tǒng)在整個可見光到近紅外這個波段范圍內(nèi),短波部分(特別是近紫外)數(shù)據(jù)相較于其他波段變化更大,因此增加短波光源將有助于在VNIR(400～1000 nm)波段更精確地預(yù)測曲線；第二,實(shí)驗(yàn)過程中測量不同波長透射波前時都需要不同波長的光源,每次更換光源需要一定時間進(jìn)行調(diào)整,導(dǎo)致測量一個樣品的時間較長,檢測效率較低；第三,由于干涉儀機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制,在實(shí)驗(yàn)中更換光源后如果重新調(diào)整干涉儀的準(zhǔn)直物鏡會產(chǎn)生較大的系統(tǒng)誤差,而在不調(diào)整準(zhǔn)直系統(tǒng)的情況下測量結(jié)果中又會引入干涉儀光學(xué)系統(tǒng)自身的色差；最后,非常重要的一點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)中使用的裝置并不是完整的儀器,不利于多波長波前檢測技術(shù)的普及與推廣。針對上述問題,本文設(shè)計(jì)了多波長激光干涉儀光學(xué)結(jié)構(gòu),為后續(xù)多波長激光干涉儀的研發(fā)以及多波長波前檢測技術(shù)實(shí)現(xiàn)工程化打下良好的基礎(chǔ)。

2 結(jié)構(gòu)及裝調(diào)

2.1 多波長激光干涉儀基本光學(xué)結(jié)構(gòu)

多波長激光干涉儀與常規(guī)激光干涉儀最大的區(qū)別在于光源的數(shù)量,因此需要重點(diǎn)考慮如何在一個干涉系統(tǒng)中集成多個波長激光光源。多波長激光干涉儀以菲索干涉儀為原型進(jìn)行改進(jìn),其結(jié)構(gòu)如圖1所示,虛線框內(nèi)為菲索干涉儀的基本結(jié)構(gòu),使用分光棱鏡將不同波長的光折轉(zhuǎn)到干涉儀的光路中。在測量的過程中需要保證從菲索干涉儀出射的光為平行光,由于準(zhǔn)直系統(tǒng)自身的色差,當(dāng)波長改變時出射光束的準(zhǔn)直度會發(fā)生改變[11-12]。為了得到準(zhǔn)確的測量結(jié)果,在多波長激光干涉儀中需要保證準(zhǔn)直系統(tǒng)可以沿光軸方向移動,使出射光束始終為準(zhǔn)直度較好的平行光。此外根據(jù)研究,相比于測試波長的數(shù)量,測試波長所在波段的位置對于預(yù)測Zernike系數(shù)-波長曲線的準(zhǔn)確性更加重要[8],因此在原有實(shí)驗(yàn)裝置的光源基礎(chǔ)上增加了473 nm激光,同時為了控制光學(xué)結(jié)構(gòu)的尺寸,選用532 nm、632.8 nm、721 nm和1064 nm激光作為共同光源。這樣儀器在測量透射波前時僅需打開相應(yīng)的光源,并調(diào)整準(zhǔn)直透鏡的距離就能配置出不同波長的干涉測試光路。

圖1 多波長激光干涉儀原理結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Schematic diagram of multi-wavelength laser interferometer

該光學(xué)結(jié)構(gòu)選用口徑為3/4 in(19.05 mm)的標(biāo)準(zhǔn)鏡作為參考鏡,因此準(zhǔn)直系統(tǒng)的口徑應(yīng)大于19 mm。為了快速對該光學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,盡可能選購市場上現(xiàn)有的光學(xué)元件進(jìn)行組合。準(zhǔn)直系統(tǒng)選擇口徑為25 mm、焦距為150 mm的鏡頭。傳感器選用對應(yīng)的CCD,干涉圖要完全成像在CCD的有效感光面積內(nèi),根據(jù)準(zhǔn)直鏡頭的參數(shù),成像系統(tǒng)選擇口徑為12.7 mm、焦距為25 mm的鏡頭。

在干涉測量中參考光束的準(zhǔn)直度會對測量結(jié)果產(chǎn)生一定的影響,文獻(xiàn)[8]分析了當(dāng)準(zhǔn)直系統(tǒng)為單色系統(tǒng)時在多波長波前測量中,不調(diào)整光束準(zhǔn)直度對測量結(jié)果的影響。仿真結(jié)果顯示當(dāng)更換波長后不調(diào)整準(zhǔn)直系統(tǒng)相比于調(diào)整準(zhǔn)直系統(tǒng),Z6和Z7的數(shù)值會出現(xiàn)較大的偏差,而Z4、Z5和Z8的數(shù)值則不會產(chǎn)生較大的變化(通常在實(shí)際檢測中僅分析Z4～Z8),但調(diào)不調(diào)整準(zhǔn)直系統(tǒng)不會改變被測光學(xué)系統(tǒng)波前Zernike系數(shù)-波長曲線的函數(shù)關(guān)系。由于之前實(shí)驗(yàn)裝置的限制,在以往的實(shí)驗(yàn)中僅驗(yàn)證了被測系統(tǒng)在不調(diào)整準(zhǔn)直系統(tǒng)的情況下的測量結(jié)果,雖然預(yù)測出的Zernike系數(shù)-波長曲線也符合Conrady公式的函數(shù)關(guān)系,但實(shí)際上得到的是被測系統(tǒng)引入干涉系統(tǒng)色差后的數(shù)值[4-7]。為此多波長激光干涉儀光學(xué)結(jié)構(gòu)重要改進(jìn)之一是能夠在測量過程中調(diào)整光束的準(zhǔn)直度,但為了盡可能減小調(diào)整準(zhǔn)直系統(tǒng)所帶來的光軸偏移誤差,準(zhǔn)直系統(tǒng)采用了雙膠合鏡頭。相比于常規(guī)干涉儀使用的單色系統(tǒng),消色差系統(tǒng)可以通過不同材料的組合去消除兩個邊緣光的色差,使其焦點(diǎn)隨波長變化的距離大大的縮短。圖2為選購雙膠合鏡頭在473～1064 nm波段范圍的位置色差曲線,其焦點(diǎn)的位移距離為1.1 mm,而相同參數(shù)的單色系統(tǒng)則為5 mm左右。

圖2 雙膠合準(zhǔn)直鏡頭的色焦移圖Fig.2 Color focus shift of a double gluing in collimating system lens

由于干涉圖像是相干成像,理論上改變波長后不調(diào)整成像系統(tǒng)的焦點(diǎn)位置對測試結(jié)果的影響很小[13],主要會使干涉圖的邊緣發(fā)生模糊,在以往的實(shí)驗(yàn)中為了驗(yàn)證Zernike系數(shù)與波長的函數(shù)關(guān)系,通常使用較小口徑的掩膜去掉較大范圍的邊緣圖像[4-7]。而為了減小系統(tǒng)的調(diào)整誤差(調(diào)整準(zhǔn)直系統(tǒng)產(chǎn)生光軸偏移一樣類型的誤差),新儀器在測量過程中仍然不調(diào)整成像系統(tǒng),同時為了減小干涉圖邊緣模糊的現(xiàn)象,成像系統(tǒng)也采用了消色差系統(tǒng)。由于成像系統(tǒng)的焦距較短,并且校正了色差,所以即使在測量過程中不調(diào)整成像系統(tǒng),干涉圖的邊緣也能保證比較清晰,這樣就可以使用較大口徑的掩膜來測量透射波前。

2.2 多波長激光干涉儀的裝調(diào)

多波長激光干涉儀光學(xué)結(jié)構(gòu)按照系統(tǒng)組成分別對各部分進(jìn)行裝調(diào)。調(diào)節(jié)分光棱鏡時,把5個分光棱鏡用籠式系統(tǒng)(同軸系統(tǒng))連接起來。如圖3所示,棱鏡安裝座底部和支架支桿連接,使用支桿初步調(diào)節(jié)5個分光棱鏡高度,再利用激光器調(diào)整好棱鏡系統(tǒng)的位置。

圖3 使用籠式系統(tǒng)安裝5個分光棱鏡Fig.3 Five optical splitting prisms in a cage system

安裝激光器時,由于激光經(jīng)過分光棱鏡后光強(qiáng)會發(fā)生衰減,因此先安裝最左端的He-Ne激光器(實(shí)際驗(yàn)證經(jīng)過最大衰減之后的激光仍然不影響測量),同時在籠式系統(tǒng)最右側(cè)棱鏡后面加裝顯微物鏡作為點(diǎn)光源生成器。如圖4所示,為了更加方便快捷地調(diào)節(jié)激光器,在棱鏡安裝座及同軸系統(tǒng)放置對準(zhǔn)板。調(diào)節(jié)最左側(cè)的激光器,使得激光光線同時穿過各個對準(zhǔn)板中心,并保證從顯微物鏡出射的光斑是清晰的、均勻的,此時把激光器進(jìn)行固定。

圖4 最左側(cè)激光器裝調(diào)示意圖Fig.4 The leftmost laser installation diagram

按照相同的方法安裝并調(diào)節(jié)中間三個激光器,從左到右波長分別是532 nm、473 nm、721 nm。安裝最右側(cè)1064 nm的激光器時,由于1064 nm激光是不可見的,所以將對準(zhǔn)板換為熒光對準(zhǔn)板。在實(shí)際調(diào)試1064 nm激光器時通過紅外觀察儀就能夠在熒光對準(zhǔn)板上更加清楚的看到出射的光點(diǎn),這樣就可以按照和可見光相同的方式進(jìn)行安裝。

圖5 分光棱鏡和各激光器示意圖及熒光對準(zhǔn)板實(shí)物圖Fig.5 Schematic diagram of dispersion prism and schematic diagram and the laser fluorescence alignment plate

安裝多波長激光干涉儀的主體部分時,將準(zhǔn)直鏡頭、分光鏡、可變光闌以及成像鏡頭都安裝于籠式系統(tǒng)內(nèi),以盡可能保證它們同軸。如圖6所示,在分光鏡與準(zhǔn)直鏡頭之間放置兩塊對準(zhǔn)板,調(diào)整干涉儀主體的籠式系統(tǒng)使激光穿過兩塊對準(zhǔn)板靶心,以此來保證光源的籠式系統(tǒng)與其相互垂直。準(zhǔn)直鏡頭安裝于調(diào)節(jié)范圍為2 mm的Z軸平移安裝座內(nèi),可以滿足波長從473～1064 nm的過程中準(zhǔn)直鏡頭沿光軸方向移動的范圍。此外,從圖2的色焦位移曲線可以看出,準(zhǔn)直鏡頭在532 nm時的后截距最短,因此使用Z軸平移安裝座將準(zhǔn)直鏡頭旋至安裝座的接近最內(nèi)側(cè)的位置(靠近薄膜分光鏡方向)。以532 nm激光作為基準(zhǔn),使用剪切干涉儀觀測出射光束的準(zhǔn)直度。調(diào)整Z軸平移安裝座,在光束準(zhǔn)直度最好的位置將其固定在同軸系統(tǒng)上。這樣更換其他波長時只需旋轉(zhuǎn)Z軸平移安裝座的旋鈕,并根據(jù)剪切干涉儀來調(diào)整準(zhǔn)直鏡頭即可。

圖6 整體結(jié)構(gòu)示意圖Fig.6 The overall structure diagram

在多波長激光干涉儀光學(xué)結(jié)構(gòu)中安裝相移模塊(PZT)、CCD以及標(biāo)準(zhǔn)鏡后,調(diào)節(jié)光闌位置至準(zhǔn)直系統(tǒng)的焦點(diǎn)處并固定,再調(diào)整成像系統(tǒng)的位置,當(dāng)從成像系統(tǒng)出射的光線幾乎是準(zhǔn)直光時將其固定(成像系統(tǒng)的焦點(diǎn)也在光闌位置)。CCD底部的支桿安裝在Z軸位移臺上,在測量不同距離的光學(xué)元件(或光學(xué)系統(tǒng))時,通過調(diào)整CCD的位置使干涉圖清晰。最終的該光學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)物圖如圖7所示,配合五維支架和平行導(dǎo)軌形成了一套完整的多波長激光干涉測量裝置。此多波長激光干涉測量裝置可用于反射和透射等多種干涉檢測,本文將進(jìn)行透射波前的檢測,從而進(jìn)一步判斷該結(jié)構(gòu)的性能狀態(tài)。

圖7 多波長激光干涉儀光學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)物圖Fig.7 Optical structure of multi-wavelength laser interferometer

3 實(shí)測結(jié)果及分析

3.1 測量結(jié)果

為了驗(yàn)證多波長激光干涉測量裝置的實(shí)際效果,使用該光學(xué)結(jié)構(gòu)配置出來的多波長激光干涉儀對光學(xué)鏡頭進(jìn)行檢測,并且分別在該多波長激光干涉儀調(diào)整準(zhǔn)直系統(tǒng)和不調(diào)整準(zhǔn)直系統(tǒng)(以532 nm為基準(zhǔn))兩種情況下進(jìn)行,以便對比干涉儀準(zhǔn)直系統(tǒng)色差對測量結(jié)果的影響。使用該多波長激光干涉儀測量雙膠合鏡頭,測量結(jié)果如表1和表2所示。

表1 雙膠合鏡頭在調(diào)整準(zhǔn)直系統(tǒng)下 測量的Zernike系數(shù)Tab.1 The Zernike parameters of double gluing lens in collimating system with adjusting

表2 雙膠合鏡頭在不調(diào)整準(zhǔn)直系統(tǒng)下 測量的Zernike系數(shù)Tab.2 The Zernike parameters of double gluing lens in collimating system without adjusting

被測系統(tǒng)(使用Zemax仿真)的Zernike系數(shù)-波長曲線可以使用Conrady公式表示,仿真時使用求解的方式即可得到Zernike系數(shù)-波長曲線[4-7]。由于實(shí)測結(jié)果存在測量誤差、系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差等多種誤差,而求解Conrady公式得到的結(jié)果是唯一的(3個方程求解3個未知數(shù)),這就意味著如果測量結(jié)果中出現(xiàn)較大的誤差,則會直接影響預(yù)測曲線的趨勢。在實(shí)際中為了減小誤差的影響,可以使用擬合的方式預(yù)測曲線,但直接擬合Conrady公式只能得到單調(diào)曲線,因此課題組發(fā)展了轉(zhuǎn)換多項(xiàng)式的方法擬合曲線,計(jì)算具體流程圖如圖8所示[8]。

圖8 轉(zhuǎn)換多項(xiàng)式法計(jì)算Zernike系數(shù)-波長曲線示意圖Fig.8 The transformation polynomial method is used to calculate the Zernike coefficient-wavelength curve

該方法的本質(zhì)是將Conrady公式轉(zhuǎn)換為多項(xiàng)式的形式,將Conrady公式左右兩邊均乘以λn(其中n≥3.5)得到新的公式,通過數(shù)學(xué)工具擬合新公式得到系數(shù)Ai、Bi、Ci,再將Ai、Bi、Ci帶回到原Conrady公式并繪制Zernike系數(shù)-波長曲線。由于多項(xiàng)式公式在數(shù)學(xué)中具有通用性,這樣擬合的結(jié)果更加準(zhǔn)確,最終得到的曲線可以是單調(diào)曲線也可以是帶一個拐點(diǎn)的曲線。圖9和圖10分別為調(diào)整準(zhǔn)直系統(tǒng)和不調(diào)整準(zhǔn)直系統(tǒng)情況下使用轉(zhuǎn)換多項(xiàng)式法預(yù)測的Zernike系數(shù)-波長曲線。從圖9和圖10可以看出,利用Conrady公式轉(zhuǎn)換多項(xiàng)式的方法來擬合Zernike系數(shù)-波長曲線可以得到比較準(zhǔn)確的預(yù)測曲線。對于預(yù)測曲線的準(zhǔn)確性來說,除了采用科學(xué)的擬合方法之外,就是要依靠所設(shè)計(jì)多波長激光干涉儀實(shí)驗(yàn)裝置的穩(wěn)定性,這樣才能保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性。

(a) Z4

(b) Z5

(c) Z6

(d) Z7

(e) Z8圖9 調(diào)整準(zhǔn)直系統(tǒng)雙膠合透鏡Zernike系數(shù)-波長曲線Fig.9 The Zernike coefficient - wavelength curve of the collimating system′s double gluing lens with adjusting

(a) Z4

(b) Z5

(c) Z6

(d) Z7

(e) Z8圖10 不調(diào)整準(zhǔn)直系統(tǒng)雙膠合透鏡Zernike系數(shù)-波長曲線Fig.10 The Zernike coefficient - wavelength curve of the collimating system′s double gluing lens without adjusted

3.2 結(jié)果分析

圖11為調(diào)整準(zhǔn)直系統(tǒng)和不調(diào)整準(zhǔn)直系統(tǒng)情況下使用轉(zhuǎn)換多項(xiàng)式法預(yù)測的Zernike系數(shù)-波長對比曲線。從圖中可以看出每一組的對比曲線都有不同程度的偏差,其中Z6、Z7和Z8偏差較為明顯,這樣的結(jié)果表明參考光束準(zhǔn)直度會影響測量結(jié)果,而且預(yù)測曲線相差較大的區(qū)域主要是短波以及長波波段,從測量數(shù)據(jù)上看可以得知,當(dāng)被測透鏡的測量數(shù)據(jù)非常小時,擬合出的對比曲線在長波段會顯得差別很大,而從實(shí)際的數(shù)值上來看兩者差距并不是很大(比如Z8)。

(a) Z4

(b) Z5

(c) Z6

(d) Z7

(e) Z8圖11 調(diào)準(zhǔn)與不調(diào)整準(zhǔn)直系統(tǒng)雙膠合透鏡Zernike 系數(shù)-波長曲線對比Fig.11 Comparison of Zernike coefficient-wavelength curves of collimating systems′ double gluing lens with and without adjusting

同時,由于準(zhǔn)直系統(tǒng)自身存在著偏心誤差,在調(diào)整準(zhǔn)直系統(tǒng)之后不可能保證干涉儀光學(xué)系統(tǒng)的光軸不發(fā)生一點(diǎn)改變(相當(dāng)于改變了測試儀器),同樣會導(dǎo)致Z4～Z8產(chǎn)生較大的測量誤差,因此擬合曲線也會產(chǎn)生明顯的偏差。

在進(jìn)行不調(diào)整準(zhǔn)直系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)時是以532 nm的準(zhǔn)直度為基準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量,所以從圖11也可以看出,532 nm所對應(yīng)的調(diào)整準(zhǔn)直系統(tǒng)與不調(diào)整準(zhǔn)直系統(tǒng)的測量點(diǎn)是重合的,而實(shí)際上是對532 nm激光進(jìn)行了重復(fù)測量,從表1和表2可以看出,兩次實(shí)驗(yàn)測量532 nm的數(shù)據(jù)幾乎相等,這也說明所設(shè)計(jì)的多波長激光干涉儀實(shí)驗(yàn)裝置比較穩(wěn)定。用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來擬合Zernike系數(shù)-波長曲線時會發(fā)現(xiàn)有個別測試點(diǎn)擬合不太好的情況,這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)過程中存在的各種誤差導(dǎo)致測試數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確進(jìn)而使得擬合曲線出現(xiàn)偏差。除了上述的各種誤差外,在實(shí)驗(yàn)時光路調(diào)整的誤差也會使得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確,甚至?xí)?dǎo)致擬合曲線的趨勢發(fā)生改變。同時,由于實(shí)驗(yàn)時判斷參考光束的準(zhǔn)直度是用眼睛直接觀察剪切干涉儀條紋的方式,那么這個過程就存在一定的主觀性,從而會使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)一定的偏差。所以,在之后的課題研究中需要對存在的問題做進(jìn)一步的解決和完善。

為了更加直觀地對比說明被測雙膠合鏡頭理論數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的差別,于是對被測雙膠合鏡頭進(jìn)行模擬仿真。仿真系統(tǒng)中被測鏡頭在X和Y方向分別傾斜5 °,其中不僅模擬了實(shí)驗(yàn)時所使用的消色差雙膠合透鏡作為準(zhǔn)直系統(tǒng),還模擬了單透鏡作為準(zhǔn)直系統(tǒng)的情況,仿真結(jié)果如圖12所示。

(a) Z4

(b) Z5

(c) Z6

(d) Z7

(e) Z8圖12 雙膠合透鏡仿真對比曲線Fig.12 Double gluing lens simulation curves

觀察圖11和圖12可知,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合的曲線趨勢正確但是和理論仿真還是有一定的差別,造成這種差別的原因就是之前所分析的各種實(shí)驗(yàn)誤差以及被測鏡頭本身的性質(zhì),而且在實(shí)驗(yàn)中被測鏡頭的傾斜角度是未知的,軟件仿真也不可能完全模擬出現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備與實(shí)驗(yàn)狀態(tài)。同時也可以看出,單透鏡作為準(zhǔn)直系統(tǒng)和雙膠合透鏡作為準(zhǔn)直系統(tǒng)之間的差別比較明顯,結(jié)果表明,雙膠合透鏡作為準(zhǔn)直系統(tǒng)時仿真結(jié)果更加接近理論數(shù)據(jù),所以這是實(shí)驗(yàn)裝置中選取消色差雙膠合透鏡作為準(zhǔn)直系統(tǒng)的重要原因。

4 結(jié) 論

基于菲索干涉原理,設(shè)計(jì)了多波長激光干涉儀光學(xué)結(jié)構(gòu),在測量過程中只要切換激光光源,就能夠快速完成不同波長干涉光路的配置,大大提高了多波長透射波前的檢測效率。通過實(shí)驗(yàn)也證明了干涉儀準(zhǔn)直系統(tǒng)的色差對測量結(jié)果有一定的影響,所以在實(shí)際測量中需要調(diào)整準(zhǔn)直系統(tǒng)才能得到更準(zhǔn)確的測量結(jié)果。盡管所有的部件都安裝在籠式系統(tǒng)中,在調(diào)整的過程中仍然不可避免地產(chǎn)生光軸偏移誤差,采購的雙膠合鏡頭只在可見光波段內(nèi)進(jìn)行消色差,導(dǎo)致在473～1064 nm波段范圍內(nèi)色焦移仍然較大,并且雖然多波長激光干涉儀簡化了更換光源的步驟,但更換光源后仍然需要根據(jù)剪切干涉儀調(diào)準(zhǔn)準(zhǔn)直系統(tǒng),尤其在1064 nm波長時,需要配合紅外觀測儀才能使用。因此后續(xù)可以采用對473 nm和1064 nm進(jìn)行消色差設(shè)計(jì),在進(jìn)一步縮短色焦移范圍的同時,可以使1064 nm與可見光聚焦在同一位置,便于在1064 nm時調(diào)整準(zhǔn)直系統(tǒng)。此外多波長激光干涉儀在自動化控制等很多方面仍有較大的提升空間,本文對多波長激光干涉儀的探索,對多波長波前檢測技術(shù)的推廣及新儀器的研發(fā)都有積極意義。