點(diǎn)衍射干涉儀的精度檢驗(yàn)方法

點(diǎn)衍射干涉儀（Point Diffraction Interferometer，PDI）是一種基于衍射干涉原理的光學(xué)測(cè)量設(shè)備。它利用激光束小孔后產(chǎn)生接近理想的點(diǎn)光源對(duì)物體表面進(jìn)行測(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體形狀、表面粗糙度、折射率等參數(shù)的高精度測(cè)量。點(diǎn)衍射干涉儀不需要標(biāo)準(zhǔn)參考件，可以用于超高精度面型的檢測(cè)，是一種非常重要的高精度測(cè)量?jī)x器。

1.1測(cè)試光路

測(cè)試系統(tǒng)主要由D7點(diǎn)衍射干涉儀主機(jī)，準(zhǔn)直器，5mm口徑鋁鏡，光學(xué)平臺(tái)等構(gòu)成。

1.2 測(cè)試環(huán)境

溫度： 21℃±1℃；

濕度： 30%-70%

1.3 絕 對(duì)精度檢測(cè)（Accuracy）

絕 對(duì)精度的檢測(cè)采用波前均方根差（wavefront RMS differential ，WRMSD）的計(jì)算方法，WRMSD是干涉儀穩(wěn)定性和測(cè)量有效性的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。它定義為所有測(cè)量波前差異的均方差加上2X均方差的測(cè)量集，并定義為所有測(cè)量波前的平均值的綜合參考。

測(cè)試步驟：

1） 測(cè)試部分從0°開始繞光軸以45°步長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)8次進(jìn)行測(cè)量。旋轉(zhuǎn)是必要的，以排除測(cè)量系統(tǒng)設(shè)置引起的所有旋轉(zhuǎn)不對(duì)稱像差。

2） 測(cè)試部分從22.5°開始繞光軸以45°步長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)8次進(jìn)行測(cè)量。

3） 在沒(méi)有平滑的情況下處理干涉圖后，從0°開始的8個(gè)波前進(jìn)行平均計(jì)算，得到平均波前WF0AVG_0，然后從22.5°開始的8個(gè)波前也進(jìn)行平均計(jì)算，得到平均波前WF0AVG_225。

4） 計(jì)算WF0AVG_0和WF0AVG_225的差異，得到絕 對(duì)精度。

上海昊量光電設(shè)備有限公司銷售的點(diǎn)衍射干涉儀，型號(hào)D7在客戶現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了干涉儀精度的檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得該干涉儀的精度為0.707nm RMS 。

圖1 絕對(duì)精度檢測(cè)結(jié)果

1.4 重復(fù)精度檢測(cè)（Repeatability）

重復(fù)精度的檢測(cè)采用波前均方根差（wavefront RMS differential ，WRMSD）的計(jì)算方法。對(duì)如下圖2的波前進(jìn)行重復(fù)性測(cè)量，共計(jì)測(cè)量30組，每組測(cè)量5次。選取1,3,5,7…29奇數(shù)組的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，得到平均波前WF0AVG_29，選取2,4,6,8…30偶數(shù)組的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，得到平均波前WF0AVG_30。計(jì)算WF0AVG_0和WF0AVG_225的差異，得到重復(fù)精度。

上海昊量光電設(shè)備有限公司銷售的愛沙尼亞Difrotec公司的點(diǎn)衍射干涉儀的重復(fù)精度，經(jīng)過(guò)測(cè)量計(jì)算，重復(fù)精度為：0.25nm RMS(λ/2500)，如下圖3。

圖2 鋁鏡面型3D圖

圖3 重復(fù)精度檢測(cè)結(jié)果

1.5 干涉儀系統(tǒng)配置

D7：點(diǎn)衍射干涉儀主機(jī)；DA1：150mm/230mm準(zhǔn)直器

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