光学材料折射率均匀性检测方法研究文献综述

 2022-11-22 05:11

一、课题背景及意义

光学镜片的制作基础是光学反射、透射材料,其光学性能很大程度上影响着光学系统的成像质量。光学透射材料的光学性能主要包括应力双折射、色散、条纹气泡以及光学均匀性等,其中光学均匀性是指当光透射通过光学镜片时,材料内部不同位置折射率的不一致性[1, 3, 6]。材料内部折射率的不一致主要是元件加工时在退火过程中,由退火炉中各位置温度不均匀引起的,光学均匀性通常用内部折射率的最大差值表示,[20, 23, 24]。由于它直接影响透射光学系统的波面质量, 改变系统的波像差, 因此光学均匀性是光学玻璃的一个非常重要的质量指标[1, 3, 6]

如果光学材料内部折射率不一致,当光波透射经过时,将改变光波波面,从而降低了光学系统的性能。研究表明,微米量级的材料不均匀性将引起透射波面产生波长量级的变化,当材料内部折射率变化较大并超出了一定的范围时,就会引起透射波面产生严重的变形,使得其无法通过光学冷加工与装校来挽回[19, 21, 22]。因此光学材料的均匀性对于高精度光学系统来说,是非常重要的性能指标[2]。光学晶体 的不均匀性分为两种,一种是由离子的不均匀分布引起的大范围的折射率分布 不均匀性;另一种是由内应力、滑移、位错、生长条纹、散射颗粒等引起的局部不均匀[4, 6, 7]。随着一些重大光学工程项目的开展,光学材料均匀性的定量测定在光学研究领域以及各类光学仪器的设计和加工中都是十分重要的,高精度测量光学均匀性,特别是测量大口径光学元件的光学均匀性变得十分迫切[5, 12, 13]

二、国内外研究现状

光学玻璃的光学均匀性检测有定性和定量两类方法, 高精度的检测方法主要是定量检测波像差的干涉法[19, 25]。平行光管法、鉴别率法、星点法和刀口阴影法属于定性的测量方法[18]。直接测量法(干涉法包括多光束球面干涉法、泰曼-格林干涉法、马赫-泽德尔干涉法、剪切干涉法、瑞利干涉法和沙敏干涉法等)[18],样品翻转法[13],绝对测量法[12, 13]属于定量的测量方法。

  1. 定性测量方法
  2. 平行光管法[4, 18]

采用一对平行光管装置,一个作为准直光管,一个作为望远镜,用望远镜观察放入样品之后的分辨率板的临界分辨率组数(必须4个方向的黑白条带均能分辨开),及星点像的变化程度和分布状况, 根据式(1)计算结果并取最大值确定均匀性等级:

(1)

式中,D为物镜直径,为样品分辨率,是理论分辨率,f是平行光管焦距,x为条带宽度。

该方法检测材料光学均匀性,必须使用两块贴置玻璃,并且要求贴置玻璃的光学均匀性不大于, 两工作面的平行度不大于20Prime;,平面度不大于,局部平面度不大于,为波长。

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