為了提高光學(xué)系統(tǒng)的性能，在最先進(jìn)的光學(xué)設(shè)計(jì)中使用非球面和自由曲面來校正像差。這些復(fù)雜形狀表面的生產(chǎn)需要測(cè)量與標(biāo)稱設(shè)計(jì)的表面偏差。光學(xué)測(cè)量方法有很多，例如逐點(diǎn)法和拼接法。
其他解決方案，例如基于剪切的測(cè)量系統(tǒng)，不測(cè)量地形，而是確定表面梯度。使用全場(chǎng)干涉測(cè)量方法可以進(jìn)行直接、快速的高精度地形測(cè)量。它們包含干擾相機(jī)芯片的參考和測(cè)量波前。
可以從兩個(gè)波前之間的相位差計(jì)算表面偏差。由于不同的光束路徑，振動(dòng)和溫度或空氣波動(dòng)等時(shí)間環(huán)境影響強(qiáng)烈影響測(cè)量的不確定性。這些影響在普通路徑干涉儀中固有地減少，例如廣泛使用的Fizeau型干涉儀。
在《光：先進(jìn)制造》上發(fā)表的一篇新論文中，斯圖加特大學(xué)的一組科學(xué)家提出了一種傾斜波干涉測(cè)量的新方法。他們的論文題為“用于靈活和穩(wěn)健的非球面和自由曲面測(cè)試的傾斜波菲索干涉儀”，顯示與經(jīng)典方法相比提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。
諸如計(jì)算機(jī)生成的全息圖(CGH)等補(bǔ)償光學(xué)器件是用于測(cè)量非球面光學(xué)器件的最先進(jìn)技術(shù)。但是，對(duì)于每種新型被測(cè)表面(SUT)，它們都需要一個(gè)新的補(bǔ)償元件。在測(cè)量與參考形狀有明顯偏差的表面時(shí)，會(huì)出現(xiàn)具有高條紋密度的干涉條紋和回掃誤差。
如果偏差變得太高，測(cè)量光的漸暈會(huì)在被測(cè)表面上產(chǎn)生不可測(cè)量的區(qū)域。當(dāng)測(cè)量復(fù)雜形狀的表面時(shí)，所有這些影響都限制了經(jīng)典的Fizeau干涉儀。
斯圖加特大學(xué)發(fā)明了傾斜波干涉儀(TWI)來克服這些問題。它使用光源的網(wǎng)格陣列對(duì)SUT進(jìn)行離軸照明。不同的源和參考波前在相機(jī)芯片上生成多個(gè)子干涉圖。傾斜波前的傾斜角局部補(bǔ)償了SUT梯度的影響。
激光束由望遠(yuǎn)鏡(擴(kuò)展器)擴(kuò)展以照亮點(diǎn)源陣列(PSA)。PSA在其正面包含衍射微透鏡，可將入射光聚焦到背面的針孔陣列上。因此，它將入射平面波轉(zhuǎn)換為球形波陣面網(wǎng)格。這些在準(zhǔn)直透鏡(CL)處被準(zhǔn)直。隨后的Fizeau物鏡，通常稱為透射球體，具有球形的最后表面(Fizeau表面)，它反射一部分入射波前。該反射波前用作參考光束。傳播光的另一部分從樣品(SUT)反射回來，從而攜帶SUT的所需形狀信息。來自SUT和參考光束的反射光通過分束器(BS)和相機(jī)物鏡(CO)傳播到相機(jī)的芯片，在那里記錄它們的干涉圖案。圖片來源：ChristianSchober等人。
使用復(fù)雜的體積校準(zhǔn)和評(píng)估方法減去系統(tǒng)誤差，以數(shù)值方式處理回溯誤差。將TWI原理與Fizeau公共路徑干涉儀結(jié)合起來并不簡(jiǎn)單。每個(gè)離軸照明源都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)從Fizeau表面反射的參考波。它會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)器上的波前重疊，從而無法評(píng)估干涉圖。
有一種基于光纖開關(guān)的Fizeau型干涉儀，具有可切換的離軸照明。然而，目前還沒有關(guān)于子干涉圖之間多重干涉效應(yīng)影響的分析報(bào)道。
本文的主要貢獻(xiàn)是實(shí)現(xiàn)了克服參考波問題的新型公共路徑傾斜波菲索干涉儀。它結(jié)合了穩(wěn)健、成熟的Fizeau干涉儀技術(shù)與極大增強(qiáng)的靈活性和較短的傾斜波干涉測(cè)量時(shí)間。
研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新工具，可以解決先進(jìn)光學(xué)制造的迫切計(jì)量需求。它包括對(duì)多波束干擾問題的詳細(xì)描述，然后是新校準(zhǔn)算法的數(shù)學(xué)描述。結(jié)果部分提供了與經(jīng)典Twyman-GreenTWI的基準(zhǔn)和比較。
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