Φ360mm激光平面干涉仪

　　1　大尺寸平面光学元件的加工质量评价

　　目前正在建造中的世界上最大的激光核变系统是美国的“国家点火装置”,计划2003年建成。它有192束激光同时会聚到靶球上。末级光束口径为400×400mm。每条光路包括前置放大器、辅助放大器和多通主放大器,需要8000多个大型精密光学元件和3万多个小型精密光学元件,包括磷酸盐激光玻璃放大器、石英透镜、反射镜,偏光片、倍频晶体、普克尔盒、窗口及碎片防护屏等。末级磷玻璃放大器的尺寸为450×800mm。每个元件都有严格的质量要求。钕玻璃放大器全口径透射波前畸变为λ/6(P-V值),梯度极大值每厘米为λ/30。元件的表面均方根粗糙度为0.6nm。上述要求既含有材料的内在因素也包括元件的加工质量影响,是一个综合指标。法国原子能委员会也在建造兆焦尔强激光系统。该系统共有240束激光,预计2010年建成。系统将使用4320个片状激光放大器(尺寸为420×760mm),240个起偏器、1200个反光镜等大量光学元件。此外英国、日本及俄罗斯也都在积极研究和建造高功率激光器,其目的都是为了用于惯性约束激光核聚变实验。

　　我国政府也很重视激光核聚变系统的研究和制造。国家863-416计划就是该工程的具体实施。在该系统中将有许多大尺寸激光和光学元件,如600×300×40mm钕玻璃放大器等。在上述各种高功率激光系统中都要应用大量平面光学元件,而且对这些元件有很高的质量要求:如材料内部折射率均匀性为(1-2)×10^-6,表面平整度为λ/6,表面粗糙度优于1nm等。

　　为了满足上述三项基本要求,对元件制造单位来说,大口径卧式激光平面干涉仪、大口径差分式激光全息干涉仪和干涉式表面粗糙度测量仪是必备的。这里着重介绍两种仪器的有关技术问题。

　　目前,所有用来测量平面度的干涉仪均无法排除元件内部折射率均匀性(Δn)对表面平整度(ΔH)测量的影响,而在测量元件的Δn时又受到ΔH的影响,因而普通干涉仪难以高精度定量测出元件的Δn和ΔH。采用差分式激光全息干涉仪则可以解决上述难题[1]。由干涉议程:

　　可得到:

　　若求任意两点间的差值,则有

　　这样就可分别求得元件的内部光学均匀性和表面高度差。

　　这种干涉仪的突出优点是测量元件的Δn时,对试样的表面形状加工要求不高,远低于普通干涉仪的要求。同时由于采用差分干涉原理,干涉仪本身元件制造精度也远低于普通干涉仪。在给出Δn同时也可给出ΔH。

　　在通常的生产检验中,使用全息干涉仪是很不方便的,多数使用普通激光平面干涉仪。由于目前国内适合于“416”激光系统中光学元件质量检测的大口径干涉仪较少,而国外进口价格昂贵,所以要制造大口径卧式激光平面干涉仪。