上海光机所在大口径干涉仪绝对面形检测技术研究中取得新进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所精密光学制造与检测中心研究团队在Φ600mm口径干涉仪绝对检测技术研究方向取得新进展，提出一种基于多表面干涉原理的原位绝对面形检测技术，实现Φ600mm口径干涉仪标准平晶绝对面形误差的原位测量，相关成果于2月26日发表在[Optics and Lasers in Engineering, 129, 106054 (2020)]。

受天文及空间光学、高功率激光装置、超强超短激光装置，以及自由电子激光装置等重大项目驱动，大口径高精度光学元件的需求日益增加，传统的大口径光学元件干涉检测方法主要采用相对测量法，该方法检测精度受干涉仪自身标准平晶面形精度的制约，特别是当待测大口径光学元件面形PV值（Peak to Valley, PV，峰值与谷值的差值）要求优于0.1λ（波长λ=632.8nm）时，干涉仪参考平晶引入的系统误差便不能再忽略。绝对面形检测法是一种能够实现将参考平晶面形误差从测量结果中分离出去，从而得到被测元件绝对面形的方法，可实现亚纳米量级精度的面形测量。

研究人员提出一种基于多表面干涉原理的原位绝对面形检测方法，通过一个辅助透射平晶和四组测量即可完成绝对面形测量，设计大口径平晶旋转机构，通过三个Φ600mm口径平晶两两组合及辅助平晶的旋转测量，实现Φ600mm口径干涉仪标准透射及反射平晶面形误差的原位绝对测量。与现有的大口径光学元件绝对面形误差检测方法相比，该方法无需移动置换干涉仪自身的标准透射平晶，无需旋转标准反射平晶，这极大地提高了测量稳定性，并降低了拆卸大口径干涉仪标准平晶的风险，并且该方法在获得低频波面误差的同时也不会损失中频波面误差信息。研究人员在Zygo公司生产的24吋激光平面干涉仪上开展了测量实验研究，实验表明该方法的测量重复性精度RMS （Root Mean Square, RMS，均方根值）优于2nm，与Zygo公司提供的标准平晶出厂绝对面形之间的波面残差RMS优于3nm。

该研究成果不仅可以提升现有Φ600mm口径激光平面干涉仪的检测精度，为大口径高精度光学元件加工提供高置信度的测量结果，还可以为行业内乃至国家层面建立Φ600mm口径标准平晶计量标准提供理论和技术支撑。

图1 基于多表面干涉原理的原位绝对面形检测原理图

图2 Φ600mm口径干涉仪标准透射平晶A(a)、标准反射平晶B(b)以及辅助平晶C(c)的绝对面形误差结果

图3 本文方法测量结果与Zygo公司测量结果之间的波面残差结果：（a）标准透射平晶A（b）标准反射平晶B