基于扫描法的非球面轮廓测试研究(2)
3.4 本章小结 15
4 实验与数据处理 17
4.1 Veeco NT9100白光干涉显微镜介绍 17
4.2 由测得曲率值恢复非球面轮廓结果 17
4.3 本章小结 20
5 结论 21
5.1 论文的主要工作 21
5.2 待解决的问题 21
致 谢 22
参考文献23
1 绪论
1.1 论文研究背景与意义
非球面即与球面有偏离的表面[1]。相较于平面以及球面，更多的设计参数被非球面引入到光学系统中，从而使得光学系统的设计变得更加灵活。
非球面是一种非常重要的光学元件，相较于球面，它可以获得更加优秀的成像质量，在光学系统中能够很好地改善成像质量，矫正多种像差，增强光学系统的鉴别能力；非球面在光学设计的过程中能够代替多个传统的球面光学元件，因而能够简化仪器结构，降低制造成本 [1]；另外非球面光学系统的设计能够有效的简化计算方法[2]。所以，非球面在现代光学系统中得到了非常广泛的应用。特别是在空间望远镜、激光武器、激光核聚变装置以及战略战术导弹等其他的关键技术领域，非球面已经不可或缺的重要光学零件[1]。鉴于以上种种优点，研究并开发新的非球面光学元件的加工和检测技术一直是光学制造领域的一项非常重要的任务。
1.2 国内外研究现状
1.3 论文主要研究内容及工作
本课题研究以Veeco NT9100白光干涉显微镜作为硬件平台，着重研究基于白光干涉显微镜的非接触式测量非球面轮廓的方法，建立相应的数学物理模型，编制相关程序。文章的主要研究工作如下：
(1) 研究非接触式面形测量方法的测量原理，研究基于白光干涉显微镜的非球面轮廓的各种测量方法；
(2) 运用Veeco NT9100白光干涉显微镜进行一些较为简单的球面以及平面镜的轮廓测量；
(3) 研究了白光干涉显微镜测量曲率半径的准确性，采用了最小二乘法拟合面形轮廓的计算方法；
(4) 基于白光干涉显微镜测量曲率值的检测方法，设计了非接触扫描式非球面镜轮廓测量方案；
(5)在所搭建的平台上进行实验测量，包括被测非球面镜的摆放与固定，通过计算机编程对压电陶瓷步进位移进行精确的控制；
2 基于扫描法的非球面轮廓测量方案系统的设计
2.1 垂直扫描白光干涉法（VSI）测量原理
白光光源一般是指有一定的光谱宽度的光源，其包含的光谱成分不单一，是一段连续的光谱。由于这一类的光源有一定的光谱宽度，相应的其相干长度就比较短，一般在几个微米到几十个微米之间。也就是说两束光只有在光程差很小的时候才能发生干涉，所以用白光干涉进行测量其定位精度很高，适和测量微观的面形结构。此处定义零光程差面为参考镜关于分光镜的对称面所在的面。由白光干涉的特征可以知道，在零光程差处，各个波长的光相干叠加，光强值达到最大。另外由于各个波长的干涉条纹非相干叠加，在零光程差处形成白光条纹。在其他位置处，由于波长大小的差异，不同波长相干加强和相干减小的位置相互错开，干涉条纹的对比度不同，最终形成白光的干涉条纹