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平面光学元件表面面形参数测量评价研究

刘佳妮

  光学元件表面质量的精确评价是光学应用领域中重要的问题之一。表面质量包括面形、波纹度及粗糙度。目前,测量面形和波纹度常用的仪器是以高精度的干涉仪为主,测粗糙度通常使用轮廓仪。通过测量可以快速地获得表面参数进而实现评价。不同厂家的仪器给出的评价参数不同,如何建立不同仪器测量结果的关联性,从而实现各仪器测量结果的相互转换成为重要的问题。在测量过程中,评价参数不同、仪器选用不同,会导致评价结果不统一。本文围绕平面光学元件的表面质量评价开展了相应的研究工作,论述了表面质量评价的研究现状,分析了表面质量评价的基本参数,对面形评价参数的稳定性及关联性展开研究,对轮廓仪测量结果的一致性进行分析。首先,给出了平面光学元件表面质量评价中峰谷值、均方根值、功率谱密度和粗糙度的定义及评价准则。其次,针对高精度光学元件表面质量评价中峰谷值的偶然性和不确定性,利用仿真和实验研究对不同波面的PV、PVm、PV20、PVq和PVr进行了重复性和稳定性分析,实验结果表明:PVq和PVr的稳定性优于PV、PVm和PV20。接着,通过分析单项像差、多项像差综合波面和实际测量波面中峰谷值和均方根值之间的关系,发现对于单项像差或多项像差综合的波面,使用单一的PV值或RMS值即可评价;对于实际测量的波面,需要PV和RMS参数综合评价。最后,使用Form TalysurfPGI Optics接触式轮廓仪和NewViewTM8000 Series 3D.光学表面轮廓仪对不同微观形貌的样件进行测量,分析了采样点数、测量范围及基准线的选择对结果的影响;通过设定取样长度,计算高斯滤波中线、最小二乘中线、最小二乘曲线,对不同评定基准下的粗糙度值进行计算,当评定长度等于五段的取样长度时,三种评定基准下的粗糙度值与轮廓仪测量结果偏差较小,其中,最小二乘中线下的评定结果最接近轮廓仪的测量结果。采用方差分析法对仪器的重复性和再现性进行评定,NewViewTM8000 Series 3D光学表面轮廓仪的%GRR等于25.65%,依据评判标准,可知该仪器可以正常使用。通过仿真和实验研究,对评价参数的稳定性和关联性、轮廓仪的一致性进行分析,为光学元件表面质量的评价提供了参考,具有重要的意义。……   
[关键词]:光学元件;面形评价;Zernike拟合;功率谱密度(PSD);重复性;再现性
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:西安工业大学2018年