超光滑表面的微分散射测量

　　1简介

　　通常把元件表面粗糙度在nm量级上的光学表面称为超光滑表面(Super-smooth optical surfaces)。超光滑表面在很多领域内有着重要的应用价值，在X射线光学技术中，由于工作波长在nm数量级，因而要求其光学元件表面为超光滑表面，以减少X射线因散射造成的能量损失。在激光陀螺中，组成激光谐振腔反射镜的表面微观起伏引起的散射光决定了陀螺的闭锁闽值，在闭锁阔值内激光陀螺无法探测空间的相对转动。因而测量超光滑表面的散射光的大小和分布有着重要的实用价值。国外在70年代发展了计算机控制的离子抛光技术，弹性发射材料加工法(EEM )，水中抛光法(BFP).浮动抛光法，流体抛光法等，成功制造了粗糙度优于0. lnm Rms的超光滑表面。在测试方面美国海军武器研究中心FECO扫描干涉仪的灵敏度优于0. 075nm，美国WYK()公司生产的WYK()光学面形仪，测量精度可达0. lnm。我国在表面加工方面取得了一些进展，加工出表面粗糙度优于0. 5nm Rms的超光滑表面，研制的等色序干涉仪(FEC( ) )测量精度为0. 25nm,

　　2超光滑表面粗糙度的散射测量方法

　　光学表面粗糙度的测量方法有光学探针法，干涉显微镜法，扫描电子显微镜法(SEM )，扫描隧道显微镜法(STM ) .散射光测量法。

　　这里着重讨论散射光测量法，其中积分散射法和微分散射法具有灵敏度高、快速、简单的优点，直接得到散射光强度和分布，对于激光陀螺和X射线光学有直接的应用价值，缺点是不能直观

　　地得到表面形貌图，只能得到的测量粗糙度的统计量。积分散射测量方法是用积分球收集空间所有的散射光，计算散射总量和人射光之比，可以实现0.InmRms的探测灵敏度。微分散射方法测量散射平面内不同位置的散射光强度分布，测量的原理图如图l所示。

　　微分散射测量方法可得到表面粗糙度的均方值和表面倾斜度均方值，有利于对面形的全面了解，而且在激光陀螺应用中，更为直接关心的是反射镜表面的散射分布，特别是小角度内的散射光强度分布，因为小角度的表面散射光的大小直接影响激光陀螺的闭锁效应。

　　3微分散射测量系统

　　根据上述的原理，设计的微分散射测量系统的结构如图z 3mW的He-Ne激光器发出的激光束经透镜系统人射的待测表面上，形成中0.3mm光点，由于被测样品为超光滑表面，总的空间散射光强度不超过人射光强度的10一6，要求光学系统本身的杂散光强度尽可能低，为此整个测量装置装在一个黑色有机塑料做成的盒子内，而且光源、透镜聚焦系统和光探测系统分隔成三个部分。样品装在一个由步进电机带动的转台轴心上，转台定位精度为l/6。，样品本身并不随转台转动，转台上固定了一个通过其回转中心的光缆头，光缆头将散射信号传输到信号测量部分，光缆头可在平面内转动1800，这样就可测出一90。一90。的散射分布。