一文读懂光学元件面型检测报告

现代光学工程向一大一小两个方向发展，“大”是指大口径拼接技术，离轴非球面技术，往往应用于大型望远镜、空间望远镜、惯性制约聚变（ICF）装置。“小”是指亚纳米级高精度面型，低中高频粗糙度，多应用于DUV、EUV光刻设备。 高端光学系统的研制需要高精度检测技术，高精度的检测技术支撑着光学系统的确定性制造和集成，以及光学系统仿真技术。目前行业公认的准则就是没有检测就没有控制，更没有确定性加工。 我们日常接触的光学元件性能参数中的面型规格有λ/4或者λ/10，这个参数是如何测定并且指代哪些具体的物理指标，今天通过本文中的一份面型检测报告来解读。

目前行业内的面型检测干涉仪产品，主要是Nikon，Zeiss，和Zygo三个品牌。干涉仪的工作原理都是利用准直光线照射标准参考面（平面，球面，非球面）和被测面（平面，球面，非球面）利用两束反射光的干涉成像进行检测，具体细节不再赘述。本文以Zygo的激光干涉仪为例说明面型检测报告中的核心干货。 启动干涉仪的 MetroPro软件，设置好测试程序（如显示剖面线，3D模型，PSD，泽尼克系数等）后就可以启动检测，检测报告页面包含的信息有以下几个方面。 1. PV数据PV值代表被检测表面上的最高点和最低点之间的高度差。RMS为检测区域内N个数据点的平方和除以N以后的开方值，称为均方根。此元件被测面的PV值为62.32nm，rms值为8.295nm。 2. 3D模型MetroPro软件可以利用被测面的采样数据点转坐标，生成3D模型，直观的表现出面型的凹凸特性。红色为高点，蓝色为低点。 3. PVr数据由于干涉仪中使用的探测器的空间分辨率不同，噪声、鬼像条纹和亮点都会对它产生影响，仅用相机上的两个点（峰谷）来表达测量结果可能不是很精确。PVr是一个新提出的稳健振幅参数，它的计算方法是36阶Zernike拟合的PV值+ 3倍残差的均方根值。此元件按照PVr参数计算的数值为45.98+3*2.97=54.9nm。  4. XY轴剖面曲线图在第一部分的PV数据图中，被检测面的X和Y坐标轴的剖面数值曲线显示在此图中，绿色线表示X轴，蓝色线表示Y轴。 5. 干涉条纹图
这个干涉条纹就是被测面和基准面的干涉条纹图像，理想的干涉条纹应该是等间距且平行，条纹的偏转情况代表着被测面与基准面的凹凸关系。 除了小型标准光学元件（直径<100mm）的入库质检，在大型光学元件的制造过程中，干涉仪还起到过程监控的作用，由于大型光学元件材料比较昂贵，每道加工工序都要求严格控制。大型光学元件加工过程为粗磨、精磨和抛光这三道工序，粗磨和精磨工序需用三坐标进行外形尺寸测量，抛光工序主要用干涉仪监测工作面面型。  联合光科销售的现货标准光学元件在入库前，都会使用干涉仪检查元件工作面是否符合面型规格要求，普通光学元件工作面面型精度不低于λ/4，高精度产品的工作面面型精度不低于λ/10，我们确保我们的现货标准光学产品符合标称面型指标。