激光差動(dòng)共焦曲率半徑測量不確定度評定

王 旭，王中宇，趙維謙，邱麗榮

（1.北京航空航天大學(xué) 儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院，北京100191；2.北京理工大學(xué) 光電學(xué)院，北京100081）

引言

球面元件廣泛地應(yīng)用于紫外光刻機(jī)、天文望遠(yuǎn)鏡、激光核聚變系統(tǒng)等精密光學(xué)系統(tǒng)，其中曲率半徑是球面光學(xué)元件測量中最基本和最重要的參數(shù)之一［1-2］。目前常用的曲率半徑測量方法有球徑儀法、表面輪廓儀法、自準(zhǔn)直儀法和干涉法等［3-5］。Trioptics公司Ultra-Spherotronic超精密球徑儀的測量精度可達(dá)0.005%；松下電器公司UA3P超高精度3D表面輪廓儀的單點(diǎn)測量精度為10nm，可測最小曲率 半 徑 為 2nm［6］；1992 年 Zygo 公 司 的 Lars A.Selberg提出了基于干涉法的曲率半徑測量系統(tǒng)，測量精度可達(dá)0.001%［4］。球徑儀法和表面輪廓儀法在測量的過程中均需要接觸被測元件，容易造成零件表面的劃傷，因此接觸式測量法的應(yīng)用受到一定限制［3］。干涉法具有測量精度高和靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，但振動(dòng)、溫度和氣流等容易對干涉條紋的判讀產(chǎn)生干擾，對環(huán)境的要求十分嚴(yán)格［1，7］。

為了克服以上問題，我們提出了基于差動(dòng)共焦法的曲率半徑測量方法。此方法利用系統(tǒng)軸向響應(yīng)特性曲線的過零點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)透鏡聚焦點(diǎn)相對應(yīng)的特性，通過差動(dòng)共焦軸向強(qiáng)度響應(yīng)特性曲線IA和IB的過零點(diǎn)OA和OB，對被測球面元件的貓眼或共焦進(jìn)行高精度觸發(fā)瞄準(zhǔn)，結(jié)合干涉測長技術(shù)測得貓眼和共焦位置之間的間距，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)曲率半徑的高精度測量［8-10］。本文構(gòu)建了一套激光差動(dòng)共焦曲率半徑測量系統(tǒng)，對曲率半徑測量結(jié)果的不確定度評定進(jìn)行研究，分析計(jì)算差動(dòng)共焦曲率半徑測量系統(tǒng)的精度和重復(fù)性?！?br>