一、动态干涉仪

高精度光学元件及系统在极大规模集成电路制造、新能源、航空航天、天文光学等国家重点发展领域具有广泛应用。高精度光学元件加工及系统装校过程中的干涉检测极易受到振动、湍流、温漂等非稳环境因素干扰，传统时域移相干涉方法无法解决非稳态环境下的干涉检测问题，动态干涉技术是目前解决这一难题的最佳途径。该技术复杂度高，是高精度光学在线测量的“卡脖子”难题。南京英特飞光电技术有限公司生产的动态干涉仪针对高精度光学元件及系统波像差动态测试需求，攻克了空域移相、主动抗振等技术，拥有完全自主知识产权，实现了动态干涉仪的商用化，打破了国外技术垄断。如图1所示。

图1 动态干涉仪

二、标准镜头杂散条纹产生机理

在测试球面样品时，球面标准镜通常会产生一束汇聚的激光波前；汇聚激光的焦点与球面样品被测表面的球心重合；这样激光波前就会垂直于被测表面，原路反射，形成典型的双光路干涉。例如测试凹面样品时光路图如下：

图2 球面被测件检测光路图

对未镀膜的光学元件来说，一般反射率约为4%。在干涉检测系统中，除了形成干涉的参考光和测试光，还存在由标准球面镜头表面反射的反射光，由于标准球面镜头表面镀有增透减反膜，反射光强度较弱，在常规光学元件的检测中对系统的影响较小，可以忽略不记；当被测件反射率较低时，测试光强度较弱，测试光与镜头表面反射光将形成干涉，在系统的干涉条纹图中则会出现由标准球面镜头引起的杂散条纹，如图3所示，出现的杂散条纹会影响被测件的面形解包结果。

图3 干涉条纹图中的杂散条纹与解包结果

三、动态干涉仪配置短相干光源抑制标准镜头杂散条纹

短相干光源通过拓宽光谱，缩短相干长度，使得干涉系统只有特定光程位置才能实现干涉，从而实现不同表面相干光干涉产生的干涉条纹的分离，是高精度光学元件的重要检测光源。检测系统如图所示。

图4 动态干涉仪配置短相干光源装置图

使用配置短相干光源的动态干涉仪，将球面被测件放置在特定光程范围内，通过光源的光程扫描系统进行零光程位置定位，干涉测量软件的光程扫描定位功能模块如图所示。

图5 干涉测量软件的短相干光程扫描表面定位功能模块

实际扫描结果如图6所示，横坐标为光程定位位置，纵坐标为干涉条纹图归一化对比度。

图6 光程扫描对比度曲线

对主峰进行左右一定范围内的精细扫描，确认最强干涉光程位置，如图7所示。

图7 主峰位置光程扫描对比度曲线

在峰值对应的光程位置，只有参考光与测试光发生干涉，标准球面镜头表面反射光与被测件测试光因为光程不匹配，无法进行干涉并产生杂散干涉条纹，系统完全抑制了由于被测件反射率过低导致的杂散条纹，如图8所示。

图8 完全抑制杂散条纹的干涉图

短相干光源在不改变条纹对比度的基础上，完全抑制了标准球面镜头的杂散条纹，实现了标准镜头表面的高精度检测， 精度PV优于λ/10@633nm。

四、展望

随着光学元件应用场景的多样化，更多特殊的光学元件，如低反射光学元件、球罩形光学元件等，对干涉检测提出了更高的需求，此外，光学球形罩在精密测量、计算成像、空间遥感、定向能武器、集成电路制造等关键国计民生的领域中都有着举足轻重的作用，如何在消除诡象杂散条纹的同时保持干涉条纹的强度是干涉测量中需要解决的问题。短相干动态干涉仪因其极短的相干长度与较好的干涉条纹，在消除杂散条纹的同时能够实现被测件表面面形的高精度检测，在低反射被测件与光学球罩面形检测等领域都有着广阔的应用前景。

撰写：赵鑫洋

修：韩志刚