激光干涉仪用于角度偏差的测试——楔角、直角棱镜

1   引言

对于激光干涉仪而言，不仅可以用来评价被测光学表面的面形分布，也可以通过对干涉条纹做分析，来对各类角度误差做测试。干涉仪的测角度功能主要包括对非平行表面的楔片楔角的测试，和对直角棱镜的角度误差测试。在本篇中，以Zygo干涉仪软件为例，详细介绍一下干涉仪的测角度功能。

2   对楔片角度的测试

一个常见的楔片，形状如下图所示：

从上图可以看到，楔片由两个非平行表面组成，存在最薄的位置和最厚的位置。楔片角度的测试分为楔片反射测试和透射测试两种形式，对应的光路如下图所示：

在做楔片的反射测试时，认为楔片的后表面与反射块平行，通过对比分析楔片前表面的反射条纹和后端反射块的反射条纹，来评价楔角的大小，因此在此装置下，不需要输入楔片的折射率信息。在楔片的透射测试光路中，是通过分析楔片的透射性能来测试楔角，因此需要输入楔片的折射率参数。

在做测试前，需要定义干涉条纹的基准尺度（Laterial calibration），从而建立干涉仪像素与被测元件实际尺寸的对应关系。并设置两种掩模，一个是参考掩模（Angles Reference Mask），它定义的是参考区域的干涉图，另一个是测试掩模（Angles Test Mask），它定义的是测试区域对应的干涉图。在测试时，会将测试区域与参考区域的干涉条纹做对比和分析，从而获得被测试楔片的朝向和楔角的大小，并在测量结果中，用箭头指向楔角厚度最大的位置。

3   对直角棱镜的测试

使用激光干涉仪，也可以对直角棱镜的角度偏差做测试，在测试时，可以分为棱镜外部测试、棱镜内部单通测试和棱镜内部双通测试三种测试光路，对应的光路示意图如下：

在棱镜的外部测试装置中，需要一对相互平行的平面反射镜，来将由直角棱镜的两个直角面反射的光束再原路返回到干涉仪中，在此装置中，与楔片测试类似，同样需要定义一个参考掩模和测试掩模，在将一个直角面的反射做为参考光束时，另一个直角面的反射就做为测试光束来做分析。需要注意的是，在此种测试模式下，软件会自动将干涉比例因子（Interf Scale Factor）设置为45度余弦的一半，也就是0.354。

在棱镜的内部单通测试和内部双通测试时，由于光束穿过棱镜内部，所以需要输入棱镜材料的实际折射率。在此两种测试光路中，不需要再定义参考掩模和测试掩模。软件默认对比的角度为直角（90°），通过测试，干涉仪就可以给出角度误差的大小。

4    结语

通过本文的阅读，我们对利用激光干涉仪做角度偏差的测试有了一定的了解。需要注意的是，干涉仪只能用来测量角度的偏差值，而不能直接用来测角度的大小。比如在楔片楔角的测试中，是通过将测试掩模内的条纹与参考掩模内的条纹做对比，来评价两处区域的角度偏差的大小。在直角棱镜的测试中，也是将测试结果与直角做对比，来得到角度的偏差值。因此，激光干涉仪无法像测角仪那样来测试一个元件的实际角度值。相信大家在经过本次的知识学习后，再通过反复的实践和积累，就可以对这个功能有更好的掌握了。

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