第
43
卷
,
第
2
期
2006
年
2
月
激光与光电子学进展激光与光电子学进展
Vol.43,No.2
Feb.2006
收稿日期
: 2005-08-08
;收到修改稿日期:
2005-09-05
基金项目
:
教育部
211
工程
(W15211070200)
资助项目
。
作者简介
:
刘斌
(1980~)
,中国科学技术大学在读博士研究生
,研究方向:光栅像差理论及光学仪器
检测
。
Email:figoabin@mail.ustc.edu.cn
摘 要 总结了常用大型非球面光学元件轮廓检测方法及其特点
。详细阐述了用于同步辐射光学元件检测的长程面形仪
的基本原理、发展阶段、关键技术、误差补偿、现状及发展方向
。并介绍了合肥国家同步辐射实验室长程面形仪的进展。
关键词 非球面
;
光学检测
;
斜度测量
;
轮廓测量仪
;
长程面形仪
中图分类号:
TH74
InvestigationofLongTraceProfilerforAsphericalOptics
LIUBin WANGQiuping FUShaojun
(NationalSynchrotronRadiationLaboratory,UniversityofScienceandTechnologyofChina,Hefei 230029)
Abstract
Thecharacteristicsoftestingmethodsofmeasuringthelargeasphericopticalprofileandtheircharacter原
isticsaresummarized.Thelongtraceprofiler(LTP)isusedfortestingthesurfaceslopeerrorofsynchrotronradiation
(SR)opticalelements.Itsbasicprinciple,seedtime,pivotaltechnique,errorcompensation,currentsituationandori原
entationofdevelopingareexpatiatedespecially.ThereaftertheprogressoftheLPTofNationalSynchrotronRadiation
Laboratory(NSRL)inHefeiisintroduced.
Keywords aspheric
;
opticaltesting
;
slopemeasurement
;
profilometry
;
longtraceprofiler
长程大型非球面轮廓测量仪的研究
刘斌王秋平傅绍军
(
中国科学技术大学国家同步辐射实验室
,
合肥
230029)
1
引言
同步辐射光源继电光源、
X
光
源、激光光源之后,又一次为人类
文明带来了革命性的推动。自
20
世纪
80
年代中期以来
,第三
代光
源也逐步在世界各地得到了广泛
的应用。光 束线是连接同步辐射储
存环和各用户实验装置的桥梁
,
它
把同步辐射白光单色化后再成像
到实验样品上
,
是同步辐射应用的
关键仪器。光 束线一般包括前置镜
光学系统、单色器和后置镜光学系
统。
为
了获得高的反射率
,光 束线
通常工作在掠入射状态,
因此,它
的光学镜一般为窄长形
(
长度可达
1m
,子午面曲率半径通常从数百米
到数千米
[1,2]
)
,而弧矢面曲率半径较
小,面形如圆锥面、圆柱面、椭球
面、抛物面、双曲面、超环面等复杂
的非球面
。
为了获得高的光子通量和高
分辨率,对光束线中的光学镜表面
质量和形貌的要求也越来越高
:表
面粗糙度优于
0.5nmRMS
,斜度均
方差
(slopeerrors)
不超过
1
m
rad
,
曲率半径误差低于
1%
[3~6]
,
在
X
射
线显微术成像中光束线的光学镜
甚至需要
0.1
m
rad
的精度
[7]
,于 是
,
高
精 度 非球面轮廓测量仪器急需得
到发展和提高
[3~6,8]
。在第三代光源
中,高热负载下反射镜表面畸变明
显,从而会降低
SR
光束亮度
,
因此
需要在线检测其变化及安装后变
形等
[9~12]
。
适用于高精度的非球面轮廓
测量方法不胜枚举,就其表现形式
而言,可分为接触测量和非接触测
量两种。前者由于会损伤被测元件
的表面,在非球面光学表面轮廓测
量中难以发挥作用
;后者主要分为
干涉测量法和顺序扫描法
[13]
。
以
泰
曼
-
格林
(Twyman-Green)
、斐索
(Fizeau)
等类型的传统干涉仪为基
础、辅以零校正技术的干涉计量
法、剪切干涉法
、外差
(
准外差
)
全息
干涉法是常见的干涉测量法
,由
此
发展的
WYKO
、
Zygo
干涉仪常用
于同步辐射光学镜检测
,对平面和
球面的光学镜检测精度可达
l
150
(4nm)
[14]
。但有以下缺点
:
46