点衍射移相式干涉仪高度传递函数测试装置及其测试方法

摘要

点衍射移相式干涉仪高度传递函数测试装置及其测试方法，属于光学测试领域，为解决现有技术无法对球面测试时干涉仪传递函数测试问题，技术方案为：打开点衍射相移干涉仪中的光学照明系统与干涉图接收采集光电系统的电源，使其处于工作状态；在测试光路中与光轴方向夹角45°放置高度传递函数测试基准板使光路折转，在其后放置高精度球面反射镜，使其球心与衍射光出射点即针孔衍射板重合；在干涉图接收采集光电系统上可获得基准板的干涉图，通过测试采集相移图像将得到基准板的面形测试图，即测试基准板的高度测试结果hi；建立计算模型，通过高度测试结果hi与基准板相应频域的高度值h

说明书

技术领域

本发明涉及一种点衍射移相式干涉仪高度传递函数测试装置及其测试方 法，属于光学测试领域。

背景技术

移相式光学波前测试干涉仪主要用于光学元件及系统的面形与波前测试。

干涉仪高度传递函数是表征干涉仪在不同空间频域段对高度偏差测量精度 的评估函数，是评价其测试精度的主要指标之一。当被测试光学波面中含有中 低频面形误差时，其测试精度将受制于干涉仪的高度传递函数，因此，对其高 度传递函数的测评可以指导用户正确使用与合理选择干涉仪产品，确保测试数 据的可靠性。

目前，国际上在此方面开展的工作主要是采用带有不同频域、同一高度的 基准平板或台阶板，见图1，通过干涉仪对其干涉成像获得波面高度信息，由干 涉仪出主机1出射的光，一部分由测试参考平面镜2反射回来形成参考光，另 一部分透过测试参考平面镜2后经高度传递函数测试基准板3反射后形成测试 光，与参考光相干涉形成干涉图，经过相移算法进而计算出高度传递函数测试 基准板3的面形测试图，即高度分布。通过这种方法可以实现对测试平面时干 涉仪的高度传递函数测试。但对球面测试时干涉仪传递函数的测试不能直接应 用。

发明内容

为解决现有技术无法对球面测试时干涉仪传递函数的测试问题，本发明提 供了点衍射移相式干涉仪高度传递函数测试装置及其测试方法。

解决上述技术问题的技术方案是：

点衍射移相式干涉仪高度传递函数测试装置，其特征是，点衍射相移干涉 仪中的光学照明系统发出的光经点衍射干涉仪中针孔衍射板，入射到测试基准 板，光由测试基准板反射到高精度球面反射镜后原路返回至针孔衍射板形成测 试光，与针孔衍射板衍射出的基准球面波形成的参考光相干涉后，干涉图成像 在点衍射干涉仪的干涉图接收采集光电系统中。

点衍射移相式干涉仪高度传递函数测试方法，包括以下步骤：

步骤一，打开点衍射相移干涉仪中的光学照明系统与干涉图接收采集光电 系统的电源，使其处于工作状态；

步骤二，在测试光路中与光轴方向夹角45°放置高度传递函数测试基准板使 光路折转，在其后放置高精度球面反射镜，使其球心与衍射光出射点即针孔衍 射板重合；

步骤三，在干涉图接收采集光电系统上可获得基准板的干涉图，通过测试 采集相移图像将得到基准板的面形测试图，即测试基准板的高度测试结果hi；

步骤四，建立计算模型，通过高度测试结果hi与基准板相应频域的高度值 h₀相比较，测得干涉仪高度测试传递函数值H=h_i/h₀。

点衍射移相式干涉仪高度传递函数测试装置，其特征是，点衍射相移干涉 仪中的光学照明系统发出的光经过点衍射干涉仪中针孔衍射板出射，出射光经 过高精度球面透射镜头透射到测试基准板上反射形成测试光，测试光与点衍射 干涉仪中针孔板衍射出的基准球面波形成的参考光相干涉后，干涉图成像在点 衍射干涉仪的干涉图接受采集光电系统中。

点衍射移相式干涉仪高度传递函数测试方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤一，打开点衍射相移干涉仪中的光学照明系统与干涉图接收采集光电 系统的电源，使其处于工作状态；

步骤二，放置高精度球面透射镜头，使其焦点与衍射光出射点即针孔板重 合，在高精度球面透射镜头后面将出射平行光；在高精度球面透射镜头后放置 高度传递函数测试基准板；

步骤三，在干涉图接收采集光电系统上可获得基准板的干涉图，通过测试 采集相移图像将得到基准板的面形测试图，即可以得到测试基准板的高度测试 结果hi；

步骤四，建立计算模型，通过高度测试结果hi与基准板相应频域的高度值 h₀相比较，测得干涉仪高度测试传递函数值H=h_i/h₀。

本发明的有益效果是：在光路中放置高度传递函数测试基准板使光路折转， 并通过高精度球面镜形成测试光路，或采用高精度球面波透射方式生成测试光 路。参考光与测试光相干涉形成干涉图，通过计算干涉图实现对球面干涉仪的 传递函数测试。

附图说明

图1：现有干涉仪平面波前测试传递函数原理图。

图2：本发明点衍射移相式干涉仪高度传递函数测试装置示意图。

图3：本发明另一点衍射移相式干涉仪高度传递函数测试装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

球面波测试干涉仪高度测试传递函数方法，由于测试球面波前时，对应制 作带有多个频域微小高度差（35nm左右）的球面反射镜难度大，因此，采用平 面测试基准板通过光路折转方式实现对球面波前测试时的干涉仪波前传递函数 测试是一种简捷、高效方法。可根据实际情况需要和成本预算选择。

点衍射干涉仪的测量参考基准为光学球面波，它是通过光波入射极小针孔 后由于光学衍射而产生高精度球面波，利用此高精度球面波可实现高精度的球 面波前测试。因此，对点衍射相移干涉仪传递函数测试可通过上述机理实现。

具体实施方式一：

如图2所示，点衍射移相式干涉仪高度传递函数测试装置，包括测试基准 板3，高精度球面反射镜6，点衍射相移干涉仪中的光学照明系统4，点衍射干 涉仪中针孔衍射板5，点衍射干涉仪的干涉图接收采集光电系统7。

点衍射干涉仪中针孔衍射板5由点衍射相移干涉仪中的光学照明系统4照 明后的光由测试基准板3反射到高精度球面反射镜5后原路返回至针孔衍射板5 形成测试光，与针孔衍射板5衍射出的基准球面波形成的参考光相干涉后，干 涉图成像在点衍射干涉仪的干涉图接受采集光电系统7中。

点衍射移相式干涉仪高度传递函数测试方法，包括以下步骤：

步骤一，打开点衍射相移干涉仪中的光学照明系统4与干涉图接收采集光 电系统7的电源，使其处于工作状态；

步骤二，在测试光路中与光轴方向夹角45°放置高度传递函数测试基准板 3使光路折转，在其后放置高精度球面反射镜6，使其球心与衍射光出射点即针 孔衍射板5重合；

步骤三，在干涉图接收采集光电系统7上可获得基准板3的干涉图，通过 测试采集相移图像将得到基准板3的面形测试图，即测试基准板的高度测试结 果hi；

步骤四，建立计算模型，通过高度测试结果hi与基准板相应频域的高度值 h₀相比较，测得干涉仪高度测试传递函数值H=h_i/h₀。

具体实施方式二：

如图3所示，另一点衍射移相式干涉仪高度传递函数测试装置，包括测试 基准板3，高精度球面透射镜头8，点衍射相移干涉仪中的光学照明系统4，点 衍射干涉仪中针孔衍射板5，点衍射干涉仪的干涉图接收采集光电系统7。

点衍射干涉仪中针孔衍射板5由点衍射相移干涉仪中的光学照明系统4照 明后的光经过高精度球面透射镜头8透射到测试基准板3上反射形成测试光， 与针孔板5衍射出的基准球面波形成的参考光相干涉后，干涉图成像在点衍射 干涉仪的干涉图接受采集光电系统7中。

该点衍射移相式干涉仪高度传递函数测试方法，具体步骤与具体实施方式 一类似，由于本测试方法的测试光路中各光学元件光轴在同一直线上，因此该 方法具体包括以下步骤：

步骤一，打开点衍射相移干涉仪中的光学照明系统4与干涉图接收采集光 电系统7的电源，使其处于工作状态；

步骤二，放置高精度球面透射镜头8，使其焦点与衍射光出射点即针孔板5 重合，在高精度球面透射镜头8后面将出射平行光；在高精度球面透射镜头8 后放置高度传递函数测试基准板3；

步骤三，在干涉图接收采集光电系统7上可获得基准板3的干涉图，通过 测试采集相移图像将得到基准板3的面形测试图，即可以得到测试基准板的高 度测试结果hi；

步骤四，建立计算模型，通过高度测试结果hi与基准板相应频域的高度值 h₀相比较，测得干涉仪高度测试传递函数值H=h_i/h₀。