非球面透镜在两波长间的补偿检验

　　0　引　言

　　透射光学元件对不同的波长有不同的折射率,从而在不同的波长之间产生色差[1]。例如在近红外使用的透射光学元件,定量检验其面形精度时需要使用数字干涉仪,而干涉仪的激光波长为632.8nm,在使用波长和检验波长之间就会产生色差,色差的存在会使在检测波长下合格的数据会在使用波长下产生误差,与最初的设计意愿偏离。为解决上述存在的问题,在检验波长下使用补偿透镜[2],从而补偿使用波长与检验波长之间存在的色差,完成检测。文中给出了口径为φ500mm非球面透镜的设计数据,并以它的检验为例来具体说明此种补偿检验方法。

　　1　待检非球面透镜的设计

　　在激光参数诊断系统中,由于入射光束口径很大,目前很难有大口径、高精度的探测器与之相匹配,并且在光束的传输过程中,大口径光学元件的面形加工精度普遍较低,这在光束的传输中就会造成光束波前的失真,从而引入额外的误差,降低参数诊断的精度。因此,需要将大口径光束进行缩束,以便于光束的传输和参数的诊断。待检非球面透镜是在参数诊断系统中用于光束缩束的一块大透镜。为保证整个缩束系统的光束质量,要求非球面透镜的透射波前PV不低于0.2λ(λ=632.8nm)。为便于非球面透镜的检测,在非球面透镜的设计中,采用自身完善成像的设计方式,第一面为二次非球面,第二面为平面。非球面透镜口径为Φ500mm,焦距f′=4000mm,F=8。非球面透镜的设计光路图以及像差结果见图1,光路像差弥散圆直径φ<3μm,PV<0.0026λ,RMS<0.0009λ,λ=1053nm。正确评价非球面透镜的透射波前是整个光学系统的基本要求。此例中非球面透镜的口径非常大,平面的检测相对要简单,但是用常规方法完成凸非球面的面形检测需要更大口径的辅助镜,这不但增加了系统的制造成本,而且还增加了系统的加工难度。

　　2　非球面透镜的补偿光路设计

　　表1和表2为非球面透镜在激光波长(λ=632.8 nm)和使用波长(λ=1053nm)下的透镜数据。通过比较两表可以看出:透镜自身的参数没有发生变化,由于轴向色差使得透镜的后截距产生差异。非球面透镜在轴上状态下使用,因此只需补偿透镜的轴向色差,即可使透镜的检验状态和使用状态相符。考虑到以上存在的问题及解决思路,对该透镜使用补偿法进行检验,即使用补偿透镜对使用波长和检测波长两个状态下存在的后截距差异进行补偿[3]。

　　2.1　补偿透镜初始参数求解

　　如图2所示,令补偿透镜的物距为S,像距为S′,透镜焦距为f′,在λ=1053nm和λ=632.8nm的情况下待检非球面透镜的后截距分别为L1053和L632.8。由图1可知