[發(fā)明專利]一種用于真空環(huán)境下測量光學元件面形的裝置及方法

有效

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• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113281013B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設計）人: 周敏康;羅覃;馬肖杰;張恒;陳樂樂;胡忠坤
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02;G01J9/00;G01J9/02
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 廖盈春;曹葆青

本發(fā)明公開了一種用于真空環(huán)境下測量光學元件面形的裝置及方法，裝置包括真空腔體、調節(jié)單元、真空測量單元和面形測量單元，真空腔體用于及安裝調節(jié)單元和光學元件，并提供真空環(huán)境；調節(jié)單元用于安裝光學元件，以及實現測試元件的水平移動和俯仰調節(jié)；光學元件包含參考反射鏡和待測光學元件，參考反射鏡用于提供高質量的面形參考，待測光學元件是需要被測量的光學元件；真空測量單元用于測量真空腔體的真空度；面形測量單元用于測量激光波前。該裝置可以對安裝在真空環(huán)境中的光學元件面形進行測量，并且可以改變真空腔體的壓強，在不同壓強下測量光學元件面形。

技術領域

本發(fā)明屬于光學檢測領域，更具體地，涉及一種用于真空環(huán)境下測量光學元件面形的裝置及方法。

背景技術

高面形質量的光學元件在諸多科學研究中被使用，例如在空間引力波探測和慣性約束核聚變領域，都需要高面形質量的光學元件；在原子干涉重力儀中，波前畸變效應與光學元件面形直接相關，光學元件面形質量越好，波前畸變效應通常越小，更重要的是，還需要對光學元件的面形進行準確地測量。

波前畸變效應是目前限制高精度原子干涉重力儀準確度進一步提高的主要因素，而波前畸變效應與光學元件的面形直接相關。在評估原子干涉重力儀中的波前畸變效應時需要精確地測量光學元件的面形，同時，為了避免真空容器底部窗口的影響，需要將光學元件安裝至真空容器內部使用。

通常情況下光學元件面形是在大氣環(huán)境下測量的，然而，在原子干涉儀中，光學元件需要安裝到真空容器內部使用，使用環(huán)境為真空環(huán)境，因此就希望在真空環(huán)境測量光學元件的面形。如何測量真空環(huán)境中的光學元件面形，目前并沒有合適的測量裝置。

發(fā)明內容

針對現有技術的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種測量真空環(huán)境中光學元件面形的裝置，旨在解決真空環(huán)境下光學元件面形無法測量的難題。

為了實現上述目的，本發(fā)明提供了一種測量真空環(huán)境中光學元件面形的裝置，包括真空腔體，調節(jié)單元，真空測量單元和面形測量單元；調節(jié)單元設置在真空腔體內部且設置在真空腔體底部，用于放置待測光學元件并實現光學元件的水平移動和俯仰調節(jié)；真空測量單元連接在所述真空腔體的側壁，用于測量所述真空腔體內部的壓強；真空腔體頂部開設有玻璃窗口，通過反射鏡將激光引入真空腔體的內部，面形測量單元設置于真空腔體的上方，通過所述面形測量單元進行波前測量。

本發(fā)明實施例中，真空腔體用于安裝調節(jié)單元，考慮到調節(jié)單元的形狀和移動，并且為了節(jié)省材料，因此將真空腔體設計為長方體，長寬高分別為420mm、255mm和300mm，當然，該腔體尺寸可以更大；加工材料為鋁合金，但不限于鋁合金。采用機械泵和分子泵對真空腔體進行抽真空，采用真空測量單元對真空腔體真空度進行監(jiān)測。

本發(fā)明實施例中，調節(jié)單元用于安裝光學元件，并能夠對光學元件進行水平移動和俯仰調節(jié)；因為該部分系統(tǒng)安裝在真空容器內部，無法手動調節(jié)，因此調節(jié)單元全部采用電動裝置。

本發(fā)明實施例中，面形測量單元用于測量從光學元件反射回來的激光波前；在本發(fā)明中采用夏克-哈特曼波前傳感器對波前進行測量，但不限于該波前傳感器，還可以使用激光干涉儀等波前測量裝置。

另一方面，在本發(fā)明中，可以測量透射光學元件和反射光學元件的面形，具體包括：

當需要測量透射光學元件時，將透射光學元件放置在調節(jié)單元上，將參考反射鏡放置在真空腔體底部。首先，將透射光學元件移開，測量僅有參考反射鏡時的第一波前WF1；再將光學元件移到參考反射鏡上方，此時測得波前就包含了參考反射鏡和透射光學元件貢獻的第二波前WF2；因為測得波前正比于光學元件的面形，兩次測得波前相減，即可得透射光學元件的面形。