激光干涉仪球面标准镜的选择

求知若渴

​菲索式激光干涉仪常用来测试球面面形。不同球面的关键参数包括，凸面还是凹面；通光孔径；被测球面曲率半径等等。不同的球面可能会需要不同的球面标准镜；而一种球面标准镜只能适应一定参数范围内的球面测量。如何合理的选择球面标准镜，以满足当前球面样品的测试要求；并且最大范围地覆盖不同参数的球面测试要求；是激光干涉仪使用的一个常见问题。

炬科光学标准镜头实拍

球面标准镜的主要选参数包括：

• 球面标准镜孔径大小，如ZYGO 6英寸，4英寸，或者2英寸球面镜。
• 球面标准镜标准面精度，及反射率。如通常的1/10波长精度，高精度1/20波长，以及1/40波长精度， UltraSphere™球面标准镜。
• F/number，即镜头的焦距除以孔径；F/number是选择球面标准镜最重要的参数。
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在测试球面样品时，球面标准镜通常会产生一束汇聚的激光波前；汇聚激光的焦点与球面样品被测表面的球心重合；这样激光波前就会垂直于被测表面，原路反射，形成典型的菲索激光干涉。例如测试凹面样品时光路图如下：

与球面标准镜F/number对应的，是被测球面的R/number。R/number是指被测球面的曲率半径R除以被测孔径大小。

F/number或者R/number越小，意味着自标准镜汇聚，或自被测球面反射形成的“光锥”，张角越大；在相对较短的距离里就汇聚了，相关表面或波前称为“快”。反之张角越小，光锥尖锐，称为“慢”。

球面测试时，无论是对凸或凹球面样品测量，标准镜F/number和样品的R/number会有一定的“快慢”匹配要求；如果匹配的不好，会造成只能测试部分孔径；或者分辨率下降的情况；严重不匹配时甚至无法测试。

对于凸面样品，还有另外一项限制需要注意。由于凸面样品需要放置在汇聚焦点前端，所以凸面样品的曲率半径必须小于球面标准镜焦点和镜头标准面之间的距离。注意这一距离一般会小于球面标准镜的焦距。

如图，凸面样品过长的曲率半径，会造成样品的球心无法摆放与焦点重合。

综上所述，根据样品特性，判断一个球面标准镜是否能够测量；评估测试效果好坏的方法如下：

• 对于凸面样品，其曲率半径必须小于焦点到球面标准镜标准面的距离；否则无法测量。
• 无论凸面或者凹面样品，其R/number需要大于标准镜的F/number，测试范围才有可能覆盖全部样品表面；否则只能测到样品部分孔径。
• 在R/number大于F/number时，理想情况下希望F/number越接近R/number越好；如果R/number相对F/number大很多，此时只使用摄像头中间小部分区域采样，会造成测试结果的分辨率大幅下降。
  
  

此外，需要注意的是，对于高精度的球面样品测试，一般要求球面标准镜的焦距与样品表面曲率半径差异不能太大，应尽量保持在五倍之内。过大的差异会带来额外的非共光路误差，对高精度测试造成影响。

为了方便用户，ZYGO制作了专门的球面标准镜选择工具。工具集合了ZYGO已有的各型号球面标准镜的参数。只要您输入被测样品相关参数，就能得到最佳测试效果的ZYGO球面标准镜选择建议，以及其它各个可以用于测试的ZYGO球面标准镜的测试效果，非常方便。

ZYGO球面标准镜选择工具官网下载地址：

https://www.zygo.com/met/interferometers/accessories/0495.xls

ZYGO官方的工具炬科君已经下载试用，感觉符合日常的检测选用，在一些临界处的曲率半径选用有很好的参考帮助！推荐！

炬科光学目前加工的直径范围在5-300mm，对应的曲率半径范围R±3-10000mm，“准确检测才言精度”，为了做好如此广范围的曲率和面形的准确检测，炬科光学为2台4英寸的ZYGO干涉仪专门配备了平面标准镜和F0.75、F1.5、F3.3、F7.1、F11的球面标准镜。齐备的标准镜将检测的曲率范围提升到R±2~±800mm，基本涵盖了绝大多数球面透镜的曲率，做到对球面透镜的曲率和面形的量化可控可检。

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您好，方便提供关于此干涉仪的zemax模型吗？

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你想要他命啊，不带这么玩的。