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光電微課堂 |光學玻璃均勻性測量

來源：時間：2022-08-05 13:53:47 瀏覽：8185次

光學均勻性

指同一塊玻璃中各點折射率的不一致性，通常由退火爐內各處溫度不均等引起；可用玻璃中各部分折射率偏差最大值Δn max來表示，按GB/T7962.2–2010中方法測量，分為4級。均勻性指標應根據其應用及光學元件的最終尺寸來確定。這通常與所需的測試孔徑（例如物理尺寸的95％）內的最大折射率變化相對應。

折射率不均勻性

可采用透射干涉法測量切片或同爐試片（口徑不大于 Φ250mm）的折射率不均勻性，檢測波長 0.6328μm，測量值△ n/n ≤４×10 - ５，某些高質量光學玻璃折射率偏差在10-6或更高級別。

光學玻璃均勻性測量

光學玻璃均勻性測量方法較多，包括全息干涉法、干涉測量法、刀口儀陰影法、分辨率比值法等，其中干涉測量法最為常用——既能測量光學玻璃折射率的變化值，又能看清折射率變化的部位，精度高。刀口儀陰影法較適合光學車間大口徑鏡面毛坯的檢測。

因是測定光學材料“內部”均勻性，在使用干涉儀測試時，就需要自透射結果中去掉被測樣品前表面，后表面，以及標準鏡和參考鏡的影響，然后除以被測樣品的長度，才最終得到內部光學均勻性結果。它的意義在于在單位長度上折射率變化的分布。使用機械移相式菲索式激光干涉儀，是通過四步完成測定光學均勻性的。

另外，采用干涉儀測試，要求樣品前后表面都已光學拋光，且保持一定的楔角。如前后表面過于平行，在測試一個表面時，另一個表面的干涉條紋會同時出現，造成干擾。基于該限制，對于不同口徑，建議樣品前后表面的平行度范圍為：

100mm: 5 to 25 弧分

150mm: 3.5 to 35弧分

300mm: 2 to 66 弧分

450mm: 1 to 85 弧分

這樣測試片具有一定的楔角，測量多次，△ n/n 的算術平均值可滿足要求。折射率不均勻性△ n 的測試原理如下圖所示。

1. 光源；2. 準直系統；

3. 平面板；4. 被測樣品；

5. 標準反射鏡；6. 精密調整臺；

7. 成像傳感器；8. 數據采集和處理系統；

W i 為入射波面波像差分布函數；

W 1 為標準參考平面 AB 內反射面和樣品前表面 CD 反射波面干涉后的波像差；

W 2 為標準參考平面 AB 內反射波面和樣品后表面 EF 內反射波面干涉后的波像差；

W 3 為標準參考平面AB內反射波面和樣品透射波面干涉后的波像差；

W 4 為移去樣品后，標準參考平面 AB 內反射波面和測試反射鏡 GH反射波面干涉后的波像差。

折射率不均勻性測試裝置由激光光源、準直系統、平面板、標準反射鏡、攝像機及計算機處理系統組成，通過測試四幅干涉圖像計算獲得折射率差的分布。按照公式（1）和（2）計算折射率差分布的PV值和RMS值作為光學材料的折射率不均勻性的絕對值。

其中，折射率差分布 Δn （x，y）按照以下步驟獲得，如下圖所示。

W i ：入射波面分布函數；

Z 1 ：被測光學材料前表面的面形偏差分布函數；

Z 2 ：被測光學材料后表面的面形偏差分布函數；

Z 3 ：測試平面反射鏡的面形偏差分布函數。

按照上圖所示步驟依次調試出四幅干涉圖，分別由以下波面兩兩相干：

1、標準參考平面內反射波面與樣品前表面反射波面干涉，檢測出波像差 W1 ；

2、標準參考平面內反射波面與樣品后表面內反射波面干涉，檢測出波像差 W2 ；

3、標準參考平面內反射波面與樣品的透射波面干涉，檢測出波像差 W3 ；

4、移去樣品，標準參考平面反射波面與測試反射鏡反射波面干涉，檢測出波像差W4。

W 1 ~W 4 分別用公式（3）~ 公式（6）表示：

式中，

W1—待檢樣品前表面 Z1 反射的波前誤差，單位μm ；

W2—經待檢樣品透射后表面Z2反射回的波前誤差，單位μm；

W3—經待檢樣品透射，再經測試平面鏡鏡面Z3反射回的波前誤差，單位μm ；

W4—移去待檢樣品后的干涉儀空腔波前誤差，單位μm ；

n0—待檢樣品在該指定紅外波長的折射率標稱值；

t0—待檢樣品的平均厚度，單位㎜。

折射率不均勻性 Δn 與上述波像差滿足如下關系：

文章來源：光聯萬物OPLC

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