摘要：高質(zhì)量的透射光學(xué)系統(tǒng)對光學(xué)材料的光學(xué)均勻性要求非常高，材料局部折射率10-6量級的變化就可能破壞整個系統(tǒng)的性能。詳細(xì)介紹了三種用于測量光學(xué)玻璃光學(xué)均勻性的干涉法，研制了一臺高精度光學(xué)玻璃材料光學(xué)均勻性測量儀。實驗結(jié)果表明：40mm左右厚的光學(xué)玻璃材料的光學(xué)均勻性檢測精度可達(dá)1×10-6。

關(guān)鍵詞：環(huán)行浮動拋光技術(shù)；工藝實驗；透射波前；反射波前

中圖分類號：TH706

文獻(xiàn)標(biāo)識:A

High accuracy testing method of the homogeneity of optical glass

GUO Pei-ji, YU Jing-chi, DING Zhe-zao, SHUN Xia-fei

   （Institute of Modern Optical Technology, Soochow University, Suzhou 215006, China）

Abstract：In high quality refractive optical system the homogeneity of optical components is rather high. Local changes in the refractive index of the order of 10-6 will detect the adequate performance of the whole system. In this paper, we describe three optical interference methods to measure the homogeneity of optical glass, a high accuracy apparatus for testing the homogeneity of optical glass is developed, and the test result shows the measurement error is less than 1×10-6.

Key word：homogeneity of optical glass; testing; high accuracy

1 引 言

光學(xué)玻璃比普通工業(yè)玻璃的質(zhì)量要求高。光學(xué)玻璃的質(zhì)量檢驗包括光學(xué)性能和光學(xué)質(zhì)量的檢驗和測試。光學(xué)性能包括折射率和色散等光學(xué)常數(shù)。光學(xué)玻璃質(zhì)量是指熔制和退火過程中的各種缺陷的大小，包括光學(xué)玻璃的光學(xué)均勻性、應(yīng)力雙折射、條紋、氣泡和由雜質(zhì)引起的光吸收等。光學(xué)玻璃的光學(xué)均勻性是指同一塊光學(xué)玻璃內(nèi)部的折射率的不一致性，常用其內(nèi)部的折射率的最大差值表示。光學(xué)玻璃的光學(xué)均勻性是非常重要的玻璃質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，因為它直接影響透射光學(xué)系統(tǒng)的波面質(zhì)量，改變系統(tǒng)的波像差。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和國防事業(yè)的發(fā)展，對一些透射光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量要求越來越高，迫切需要有高精度的光學(xué)玻璃光學(xué)均勻性的檢測手段，而現(xiàn)在國內(nèi)的光學(xué)材料生產(chǎn)廠家都沒有合適的手段來檢測這種高要求的玻璃材料。光學(xué)玻璃的光學(xué)均勻性檢測有定性和定量兩類方法，高精度的檢測方法主要是定量檢測波像差的干涉儀。

2 三種干涉測量法

2.1 直接測量法[ 1，2，3]

如圖1所示，把被檢測的樣品玻璃置于斐索干涉儀的參考平面和一標(biāo)準(zhǔn)平面中間，從標(biāo)準(zhǔn)平面反射的光與參考平面反射的光相干涉。如果樣品的表面面形是理想的，檢測得到的波面質(zhì)量就反映了樣品玻璃的光學(xué)不均勻性。

如令樣品的光學(xué)不均勻性為△n，檢測得到的波相差為ω(x，y)，樣品厚度為t，則

△n=ω(x，y)/(2t) （1）

從理論上來說，直接干涉測量法測量光學(xué)均勻性的精度較高，但它要求樣品表面質(zhì)量也很高。如果要檢測的光學(xué)均勻性的精度為1×10-6，那么對30mm厚的樣品來說，系統(tǒng)的誤差（PV值）應(yīng)小于0.047λ，于是每個面的面形精度都得在λ/25左右。即使是厚度為100mm樣品，如果要求檢測精度達(dá)到1×10-6，每個面的面形精度也需達(dá)到λ/10左右。為避免經(jīng)常加工高精度的平面，可以精制兩塊平板作貼置玻璃，檢測時在樣品的表面涂敷折射率與樣品的折射率相差不多的折射液，再把樣品夾在兩貼置玻璃中間。 也可以用別的干涉儀如泰曼-格林干涉儀、馬赫-澤得干涉儀、剪切干涉儀、刀口干涉儀等來直接測量樣品的光學(xué)均勻性。圖2是一種檢測樣品的光學(xué)均勻性的平板剪切干涉儀示意圖。

2.2 樣品翻轉(zhuǎn)法[ 2 ]