基于斜入射的平面度绝对检验方法

    菲索干涉仪检测光学表面的结果受到参考面面形精度的制约，扣除这方面的影响需要对被测件做绝对检验。文献报导的绝对检验方法［1-9］包括三面互检法、Zernike多项式拟合法、奇偶函数法、旋转对称法、镜像对称法等。传统的三面互检法［1-2］对三个平面两两干涉检验，得到三个面一条直径上的绝对轮廓，在此基础上将其中一组测量的测试面相对旋转一定角度能够增加得到一条直径上的轮廓误差。Tinker 等［7］在旋转被测面过程中增加平移参考面的测量，实现了多条绝对轮廓的线拼接，得出了整个待测表面的绝对面形分布。Fritz 等［3］在传统三面互检的基础上增加一次旋转测量，用 Zernike 多项式［10-12］拟合测得的四组波面数据，根据多项式的旋转特性求得三个面的 Zernike 多项式系数，该方法已应用于 Veeco 的商用干涉仪测试软件中。徐晨等［8］提出了基于两平晶的绝对检验方案，该方法在确定某一平晶的材料均匀性前提下，利用 Zernike 多项式分析两块平晶的三个表面两两干涉得到的波面数据，实现平面的绝对检验。以上绝对检验方法均在正入射条件下进行，当被测件为高反射率光学平面时，为保证测试时的干涉条纹的对比度需附加光强衰减装置，但这会引入透射波前畸变而降低测试精度，不利于进行绝对检验。

    菲索干涉仪上检测高反射率平面可以采用斜入射方法。Han 等［13］采用 Zernike 多项式拟合斜入射波面实现待测面形恢复，提出了保证测量重复性及精度的措施，但并未讨论斜入射测试中参考面引入的误差。Evans 等［9］提出的斜入射绝对检验方法通过三步测量得出待检平面水平和竖直方向上的绝对轮廓，与传统三面互检相比，该方法操作简单，并且增大干涉仪在被测件倾斜方向的测量区域。本文基于斜入射方法提出了光学平面的绝对检验方案，利用 Zernike 多项式分析三次测量得到的波面数据从而恢复整个光学平面的绝对面形。

    2 原 理

    斜入射测试装置如图 1 所示，干涉仪出射波面透过参考面( TF) 倾斜入射到待测平面( TEST) 上，经反射平面( RF) 后按原光路返回形成测试光束，与参考光干涉形成条纹。

    基于斜入射的平面度绝对检验步骤如图 2 所示，图中的 A、B、C 分别表示 TF、TEST、RF 三个参与检测的平面，A、B、C 的面形偏差分别表示为 A( x，y) 、B( x，y) 、C( x，y) 。测量分三步进行: 1) A 与 C 干涉; 2) 测试光以α 角入射待测平面 B，经 C 反射后按原光路返回与 A 形成干涉; 3) 沿 B 的法线方向将其旋转 Φ 角，获得第三组测试波面。依图 2 的坐标系得到三组波面与待测面形之间的关系，如式( 1) 所示。