曲艺　苏东奇

摘要：设计了一款口径为30.48 cm高精度斐索激光干涉仪参考镜，其F数为0.82，参考面半径为224.99 mm。所设计的参考镜其透射波前峰谷值为0.095 λ，均方根值为0.028 λ，透射波前斜率最大值为11 μrad。理论分析了参考镜的回程误差对面形检测精度的影响，其最大值为0.29 nm。利用Zemax光学设计软件对参考镜进行了仿真分析，仿真与实验结果表明，该标准镜头可满足精度1 nm的元件面形检测需求。

关键词：光学设计； 斐索干涉仪； 标准镜头； 面形测量

中图分类号： O 43 文献标志码： A doi： 10.3969/j.issn.10055630.2015.06.011

Abstract：A highprecision reference spherical lens is designed. The F number of the lens is 0.82. The wavefront PV value is 0.09 λ and RMS value is 0.028 λ. The slope of wavefront is 11 μrad. We calculate the retrace error of the reference spherical lens. The maximum of retrace error is 0.29 nm. A part of surface is measured with the reference spherical lens. The results show that precision of 1 nm can be reached.

Keywords： optical design； Fizeau interferometer； reference spherical lens； metrology

引 言

斐索激光干涉仪主要用于光学元件的表面面形测量，它具有非接触、无损伤、精确度高等突出优点，目前已成为光学元件检测的首选方式[12]。标准参考镜头是菲索激光干涉仪的重要组成部分，它将斐索激光干涉仪输出的平面波转化为一个高精度的球面波，用于球面元件的表面面形测量[3]。斐索激光干涉仪测量元件表面面形的原理如图1所示，标准镜头1将斐索激光干涉仪输出的平面波转变为球形波，同时将输出的激光分离为参考光束和测量光束两部分。标准镜头最后一个面称为参考面2，一般是一个消球差的曲面。参考面将约4%的激光反射回干涉仪，形成参考波前，剩余的激光作为测量波前，照射至待测元件3。测量光线垂直穿过参考面后，照射到待测元件表面，经过元件表面反射后，原路返回至参考面，并再次垂直穿过参考面，与参考波前共同被斐索激光干涉仪内部探测器接收。由于测量波前携带了待测元件表面的面形信息，通过数据处理，可以得到元件的表面面形。……