[發明專利]一種小曲率小口徑球面光學元件表面曲率半徑測量方法

在審

• 申請號: 201510088108.5
• 申請日: 2015-02-26
• 公開（公告）號: CN104729431A
• 公開（公告）日: 2015-06-24
• 發明（設計）人: 王占山;馬爽;蔣勵;沈正祥
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01B11/255
• 分類號: G01B11/255
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙繼明

技術領域

本發明涉及光學元件測量領域，尤其是涉及一種小曲率小口徑球面光學元件表面曲率半徑測量方法。

背景技術

單能多層膜Kirkpatrick-Baez型顯微鏡是一種重要的激光慣性約束聚變X射線成像診斷工具，由兩塊正交放置的掠入射凹球面反射鏡組成，分別在子午和弧矢方向上實現X射線聚焦。單能多層膜Kirkpatrick-Baez型顯微鏡成像公式為：

子午方向

1u+1v+d=1Rsinθ1---(1)]]>

弧矢方向

1u+d+1v=2Rsinθ2---(2)]]>

式中，R為凹球面反射鏡的曲率半徑，u和v分別為物距和像距，d為反射鏡鏡長，通過游標卡尺直接測量，θ₁、θ₂分別為第一塊反射鏡(子午方向)和第二塊反射鏡(弧矢方向)的中心掠入射角。在單能多層膜Kirkpatrick-Baez型顯微鏡系統中，通過高精度X射線衍射儀可精確測得θ₁、θ₂，可看成是固定值。由上述成像公式可知，由球面光學元件表面曲率半徑的值可以確定單能多層膜Kirkpatrick-Baez型顯微鏡系統的物距或像距。因此，精確測量單能多層膜Kirkpatrick-Baez型顯微鏡用小曲率小口徑球面光學元件表面曲率半徑是實現其設計光學性質(如成像分辨率、光通量)的重要保證。

利用牛頓環原理測試曲率半徑的傳統方法主要分為兩種，一種是待測樣品表面直接與參考鏡表面接觸，通過定位塊固定待測樣品位置，待測樣品表面和參考鏡表面的反射光線形成干涉得到牛頓環。通過顯微鏡或者放大鏡觀測牛頓環，測出不同干涉環對應的位置(CN?102538716?A)。另一種是為了避免待測鏡與參考鏡直接接觸產生的應力對測量結果的影響，將待測平凸透鏡放置在一個圓形凹槽的槽沿上，通過激光照射樣品，激光在樣品上下表面上的反射光形成牛頓環，利用顯微鏡進行觀測(CN?102128600?A)，這種方法只能測量平凸透鏡的凸面曲率半徑。上述兩種方法都是根據牛頓環產生的干涉環位置計算出的待測面的曲率半徑。當待測樣品的曲率很小，即曲率半徑較大時，實驗觀察到的牛頓環數目有限，精確確定牛頓環干涉極值位置十分困難，因此，上述兩種牛頓環方法不適用于小曲率球面光學元件曲率半徑的測量。

除了牛頓環測量方法外，常規測量小曲率小口徑的球面光學元件表面曲率半徑的方法還有干涉法和幾何法。幾何法原理簡單，光路易搭建，但系統受環境因素影響大，且小曲率光學元件表面曲率半徑導致聚焦焦點位置難于準確測定，因此測量精度低。常見的干涉法如球面干涉儀，其精度較高，但系統較復雜。針對不同曲率半徑的光學表面，需要搭配相應的高質量的參考鏡及與曲率半徑等長的移動導軌，制造難度大、成本高，測量環境對結果影響較大。針對小曲率球面光學元件的測試，這種方法很難進行。對小口徑球面光學表面的測量，上述方法還有一個嚴重的問題，即小口徑光學表面的反射光強太低導致測量十分困難。