斜入射干涉检测大口径碳化硅平面反射镜

　　1　引　言

　　近年来,在天文光学、空间光学、大型激光装置等高科技领域,大口径光学系统的应用越来越广泛而深入。考虑其对热稳定性等特点的特殊要求,空间遥感相机常选用SiC作大口径反射镜的制作材料[1-2];然而其口径大、硬度高等特点给高精度加工与制造带来很大的难度[3],同时对相应的检测技术也提出了很高的要求。目前,大口径光学平面的检测方法主要有直接测量法[4]、刀口阴影法、子孔径拼接法[5]、五棱镜扫描法[6]、瑞奇-康芒法[7-8]以及斜入射法[9]等。使用大口径干涉仪[4]可直接测量大口径SiC平面反射镜三维分布,这种方法简单直观;但大口径干涉仪的成本高,制造周期长,而且由于SiC反射镜反射率高,普通干涉仪在正入射测量时获得的干涉图对比度差,从而影响测量精度。刀口阴影法能够根据观察的阴影图形状确定波面局部误差的方向和位置,灵敏度很高;但是这种方法的测量结果在很大程度上与检验者的主观因素有关,难以对平面镜的面形进行定量测量。子孔径拼接法[5]是采用小口径干涉仪分多次分别检测大口径光学镜面的各个部位,然后依次将这些子孔径的参考面拼接到同一个参考面上来恢复出全口径波面的完整面形;这种方法可以获得更高的空间分辨率,但是检测过程较长,操作复杂,而且测量精度需要进一步提高。五棱镜扫描法装置中采用了高精度的自准直仪[6],自准直仪的出射光束经扫描五棱镜折转90°后由待测平面反射回去,由该装置可以测量出待测平面的面形微分,从而实现对待测平面的面形测量;该方法精度较高但测试时间较长,因此对测试环境要求较高。瑞奇-康芒法在数字球面干涉仪上进行,需要使用参考球面和大口径的反射球面[7-8];这种方法数据处理复杂,且干涉腔很长,容易对面形的测量精度造成一定影响。斜入射法[10]只需要将被测元件倾斜放置并引入反射平面经过简单调整即可以直接在斐索干涉仪上实现待测平面的面形测试。本文在本课题组研制的国内首台600 mm口径干涉仪上采用斜入射测试方法对630 mm口径的SiC平面反射镜进行了面形测试与评价。

　　2　原　理

　　采用干涉仪斜入射法检测大口径平面反射镜的基本原理如图1(a)所示。由斐索干涉仪标准参考平面A透射的波面经待测平面C反射,垂直入射到标准反射平面B后按原光路返回,与参考波面干涉形成干涉条纹。斐索干涉仪的测试结果表示被测光学平面相对于干涉仪的标准参考平面的偏差,即测试结果中包含了干涉仪的系统误差。当被测平面与参考平面的面形精度接近时,只有采用绝对检验方法,才可以得到被测平面的真实面形分布。斜入射测试条件下绝对检验的原理如图1所示。