[发明专利]一种超高精度的光学表面平整度测量方法

权利要求书

1.一种超高精度的光学表面平整度测量方法，其特征在于：采用宽带弱相干光源、光谱分析仪、光纤耦合器、镀膜光纤、光纤偏振控制器、光纤探头，其中，所述宽带弱相干光源和光谱分析仪分别通过光纤连接至光纤耦合器同一侧的两个端口，所述镀膜光纤和光纤探头连接至光纤耦合器另一侧的两个端口，所述镀膜光纤安装在光纤偏振控制器上，其输出端面镀有高反射膜，能够将该光纤中传输的光束反射回光纤耦合器，且旋转光纤偏振控制器能改变光束的偏振态；

当需要进行光学表面平整度测量时，首先开启所述宽带弱相干光源和光谱分析仪，在未放置被测光学元件之前，所述光谱分析仪探测到镀膜光纤端面反射回的参考光信号，即宽带弱相干光源的光谱，记录并保存此光谱；之后将被测光学元件放置在所述光纤探头的聚焦透镜焦平面附近，调整两者之间的距离，并调整所述光纤偏振控制器，使所述光谱分析仪上采集到的干涉信号的对比度最高，而后通过计算机控制扫描振镜运动，使测量光束在被测光学元件上运动，与此同时，控制光谱仪采集并存储相应的干涉信号；最后，对采集到的干涉信号进行处理，即可得到被测光学表面的平整度信息，其处理流程如下：

1)利用预先采集到的宽带弱相干光源的光谱信号对光谱分析仪探测到的干涉信号进行归一化处理；

2)将归一化处理后的干涉信号由波长空间转换为波数空间，并按频率等间隔进行插值重采样；

3)对重采样后的数据进行傅里叶变换，去除直流分量，然后进行傅里叶逆变换，得到处理信号；

4)从处理信号的起始点开始依次选取相移量间隔的数据点，利用这些数据点结合相移算法，计算出干涉条纹所代表的包裹相位φ₁；

5)对所有探测点的干涉信号重复进行上面步骤1)至步骤4)的操作，获得所有探测点的包裹相位φ₁，解包裹后得到光学元件表面的相位变化φ；

6)利用公式λ₁为宽带弱相干光源的起始波长，即可得到光学元件表面上所有探测点的相对高度信息，即光学表面的平整度信息。

2.根据权利要求1所述的一种超高精度的光学表面平整度测量方法，其特征在于：所述宽带弱相干光源为工作在近红外波段的脉冲或连续式光源，其中心波长为λ_c，起始波长为λ₁，光谱带宽为Δλ；所述光谱分析仪能够探测到宽带弱相干光源的整个工作波段；所述光纤耦合器为迈克尔逊结构，可传输中心波长为λ_c、带宽为Δλ的宽带光。

3.根据权利要求1所述的一种超高精度的光学表面平整度测量方法，其特征在于：所述光纤探头包括有一个准直透镜、一个二维扫描振镜和一个聚焦透镜，所述准直透镜、二维扫描振镜的镜片旋转中心以及聚焦透镜三者共轴，所述二维扫描振镜靠近聚焦透镜的镜片中心位于聚焦透镜的后焦点上；在测量过程中，由所述宽带弱相干光源输出的光束经过光纤耦合器后分为两束，其中一束光在镀膜光纤中传输后经镀膜端面返回光纤耦合器，另一束光经过光纤探头后由被测光学元件表面返回光纤耦合器，两束光的光程相等。