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1、1.背景：背景：应用中遇到的问题应用中遇到的问题振动与隔振台 大型隔振台的制造难度：对于超过6米的隔振台很难 获得很好的隔振效果。大尺寸镜体的移动难度与风险 真空中的环境实验气流与密封罩：普通实验室、洁净间 大口径、长光程加工现场测量:表面的不确定性变化过程 自适应光学 强激光 第1页/共31页2.1 相移干涉技术的原理相移干涉技术的原理两束光发生干涉，其干涉场 I=I1+I2+2 I1I2cos(a1-a2)a1-a2干涉光束间的相位差 1a2a-=(2pl)(光程差)光源被测表面参考表面探测器分束器第2页/共31页2.1 相移干涉技术的原理相移干涉技术的原理 续续I1(x,y)=I0+I
2、cos f f(x,y)f f(c1)=0 (0)I2(x,y)=I0-I sin f f(x,y)f f(c2)=p p/2 (90)I3(x,y)=I0-I cos f f(x,y)f f(c3)=p p (180)I4(x,y)=I0+I sin f f(x,y)f f(c4)=3p p/2 (270)I(x,y)=I0+I cosf(x,y)+f(c)4j j(x,y)pHeight(x,y)=l对同一表面，采多幅不同相位的干涉图，对同一表面，采多幅不同相位的干涉图，进行计算，获得表面的数值进行计算，获得表面的数值第3页/共31页2.2 相移干涉技术的原理相移干涉技术的原理 普通干涉普
3、通干涉仪仪准直镜准直镜参考面参考面被测面被测面分束器分束器激光激光Camera光阑光阑第4页/共31页2.2 相移干涉技术的原理相移干涉技术的原理 普通干涉仪普通干涉仪 续续 f(f(c)=f(f(t),按时间顺序，人为改变干涉图的相位按时间顺序，人为改变干涉图的相位f(0.03s)=0 degf(0.06s)=90degf(0.09s)=180degf(0.12s)=270degTestPartRefFlatTestPartRefFlatTestPartRefFlatTestPartRefFlatPZTPZTPZTPZT第5页/共31页2.3 相移干涉技术的原理相移干涉技术的原理 振动的影响
4、振动的影响CCD的帧频(30帧/秒），导致普通相移干涉测量时间120ms能不能用一帧干涉图就完成测量？第6页/共31页(2x,2y)(2x+1,2y)(2x,2y+1)(2x+1,2y+1)Intensity PatternOn the DetectorSensorArray4 Frame PSI:ADBC3.1 4D 动态干涉仪原理动态干涉仪原理所有相位图都在同一时刻获得!第7页/共31页testrefRHCLHC圆偏光圆偏光(DfDf)+线偏振器线偏振器(a a)cos(DfDf+2a a)1 与光轴平行的分量才能发生干涉与光轴平行的分量才能发生干涉2 偏振器的光轴角度决定了偏振器的光轴角
5、度决定了 相移结果相移结果使用偏振光的相移机理使用偏振光的相移机理3.2 4D 动态干涉仪原理动态干涉仪原理 续续 相位相关探测器相位相关探测器Kothiyal and Delsile,Appl.Opt.V24 n24 p4439(1985)Kemo,et.al,Appl Opt.V41 n 13 p2448(2002)第8页/共31页定向微偏振器阵列定向微偏振器阵列3.2 4D 动态干涉仪原理动态干涉仪原理 续续 相位相关探测器相位相关探测器相位相关探测器相位相关探测器第9页/共31页3.2 4D 动态干涉仪原理动态干涉仪原理 续续动态干涉仪的实质：用CCD的曝光时间 取代CCD的帧频限制所
6、有动态干涉仪都是基于这个原理，包括所有动态干涉仪都是基于这个原理，包括4D、ZYGO-FP但是但是ZYGO的动态测量只是软件的傅立叶的动态测量只是软件的傅立叶计算，而计算，而不是相移干涉不是相移干涉第11页/共31页 动态干涉仪的优势动态干涉仪的优势适合于 恶劣环境下的测量快速测量快速测量 测量速度受曝光时间限制，而不受CCD帧频限制!对振动不敏感对振动不敏感减少了气流的影响减少了气流的影响多次平均适合于 挑战性的测试设置大口径光学元件或系统 长光程真空或环境仓内的测试适合于 高难度测试运动表面生产环境下的测试变化过程的测试动态干涉仪的计算软件很重要动态干涉仪的计算软件很重要！普通相移干涉软件
7、削弱动态干涉仪的功能第12页/共31页4.4D干涉仪的发展干涉仪的发展PhaseCam 泰曼格林系列FizCam 菲索系列 非共光路（倾斜光路）式 共光路/短相干 共光路/He-NeWaveCam马赫泽得系列第13页/共31页4.1.1 PhaseCam泰曼格林系泰曼格林系列列第14页/共31页4.1.2 PhaseCam产品产品线线P4000P4010P4020 P5030基于泰曼型的多波长、高能、真空型、基于泰曼型的多波长、高能、真空型、ESPI品种最多，发展最完善，用品种最多，发展最完善，用户最多，最稳定户最多，最稳定第15页/共31页非共光路（倾斜光路）式：F1000F1500F160
8、0 共光路（真正菲索）式：F2000 F30004.2 FizCam产品线产品线第16页/共31页ReferenceSurfaceCollimatorTest SurfaceBeamSplitterLaserStopCameraDouble PolarizerWollastonPrismQWP45oPixelated MaskPolarizationsHWP4.2.1 非共光路非共光路斐索斐索型型 FizCam1000s第17页/共31页ReferenceCollimatorBeamSplitterStopQWPCameraPixelated Mask短相干短相干光源光源HWPQWPPBSRR
9、TTCoherentTestBackgroundPolarizations4.2.2 共光路斐索型共光路斐索型/短相干光源短相干光源FizCam2000s 共光路共光路 动态干涉仪动态干涉仪Pathmatch controls which surface is measuredS1S2第19页/共31页4.2.2 共光路斐索型共光路斐索型/短相干光源短相干光源FizCam2000s 续续ShortLongLaser Diode Coherence Control短相干光源的优势短相干光源的优势第20页/共31页4.2.2 共光路斐索型共光路斐索型/短相干光源短相干光源FizCam2000s 续
10、续光学厚度的测量光学厚度的测量第21页/共31页光学均匀性测量光学均匀性测量第24页/共31页JWST 800mm 次镜的远程测次镜的远程测量量800 mm58 m4.2.3 F20004.2.3 F2000的应用的应用1 1第25页/共31页F20004.2.3 F20004.2.3 F2000的应用的应用2 2菲索型大口径方案菲索型大口径方案DIY 大口径菲索干涉仪大口径菲索干涉仪第26页/共31页FizCam 2000 动态干涉仪 第一款真正共光路的菲索型动态干涉仪第一款真正共光路的菲索型动态干涉仪多元件、多表面的透过测量多元件、多表面的透过测量远程空腔测量远程空腔测量均匀性测量均匀性测
11、量与扩束器结合构成大口径干涉仪与扩束器结合构成大口径干涉仪4.2.4 F20004.2.4 F2000的优势的优势第27页/共31页Part of 4D CustomersXinticsEastman Kodak ITT Space SystemsRaytheon Ball Aerospace Boeing University of ArizonaLarge Mirror LaboratoryOptical Sciences CenterSteward ObservatoryAerospace CorporationLockheed AerospaceLLNLNorthrop Grumman
12、NASAMarshall Space Flight CenterGoddard Space Flight CenterSSG/TinsleySandiaAgilentCorningNikonNittoh kogakuUshioSagemAlcatelJenoptikPrecision OpticalShowa Denko国内：（40台)-长光所 （9）-技物所 （2）-光电所 （2）-西光所 （1）-上光所 （2）-南京天光所 （6）-光学中心 （5）第28页/共31页真正的共光路菲索干涉仪HeNe光源：稳定的相干长度动态与ZYGO-GPI的区别：不需要防振台4.3 F3000第29页/共31页谢谢 谢谢高宏刚 第30页/共31页感谢您的观看！第31页/共31页