[发明专利]一种小曲率小口径球面光学元件表面曲率半径测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学元件测量领域，尤其是涉及一种小曲率小口径球面光学元件表面曲率半径测量方法。

背景技术

单能多层膜Kirkpatrick-Baez型显微镜是一种重要的激光惯性约束聚变X射线成像诊断工具，由两块正交放置的掠入射凹球面反射镜组成，分别在子午和弧矢方向上实现X射线聚焦。单能多层膜Kirkpatrick-Baez型显微镜成像公式为：

子午方向

1u+1v+d=1Rsinθ1---(1)]]>

弧矢方向

1u+d+1v=2Rsinθ2---(2)]]>

式中，R为凹球面反射镜的曲率半径，u和v分别为物距和像距，d为反射镜镜长，通过游标卡尺直接测量，θ₁、θ₂分别为第一块反射镜(子午方向)和第二块反射镜(弧矢方向)的中心掠入射角。在单能多层膜Kirkpatrick-Baez型显微镜系统中，通过高精度X射线衍射仪可精确测得θ₁、θ₂，可看成是固定值。由上述成像公式可知，由球面光学元件表面曲率半径的值可以确定单能多层膜Kirkpatrick-Baez型显微镜系统的物距或像距。因此，精确测量单能多层膜Kirkpatrick-Baez型显微镜用小曲率小口径球面光学元件表面曲率半径是实现其设计光学性质(如成像分辨率、光通量)的重要保证。

利用牛顿环原理测试曲率半径的传统方法主要分为两种，一种是待测样品表面直接与参考镜表面接触，通过定位块固定待测样品位置，待测样品表面和参考镜表面的反射光线形成干涉得到牛顿环。通过显微镜或者放大镜观测牛顿环，测出不同干涉环对应的位置(CN 102538716 A)。另一种是为了避免待测镜与参考镜直接接触产生的应力对测量结果的影响，将待测平凸透镜放置在一个圆形凹槽的槽沿上，通过激光照射样品，激光在样品上下表面上的反射光形成牛顿环，利用显微镜进行观测(CN 102128600 A)，这种方法只能测量平凸透镜的凸面曲率半径。上述两种方法都是根据牛顿环产生的干涉环位置计算出的待测面的曲率半径。当待测样品的曲率很小，即曲率半径较大时，实验观察到的牛顿环数目有限，精确确定牛顿环干涉极值位置十分困难，因此，上述两种牛顿环方法不适用于小曲率球面光学元件曲率半径的测量。

除了牛顿环测量方法外，常规测量小曲率小口径的球面光学元件表面曲率半径的方法还有干涉法和几何法。几何法原理简单，光路易搭建，但系统受环境因素影响大，且小曲率光学元件表面曲率半径导致聚焦焦点位置难于准确测定，因此测量精度低。常见的干涉法如球面干涉仪，其精度较高，但系统较复杂。针对不同曲率半径的光学表面，需要搭配相应的高质量的参考镜及与曲率半径等长的移动导轨，制造难度大、成本高，测量环境对结果影响较大。针对小曲率球面光学元件的测试，这种方法很难进行。对小口径球面光学表面的测量，上述方法还有一个严重的问题，即小口径光学表面的反射光强太低导致测量十分困难。