150立式干涉仪主机说明书

150立式干涉仪主机说明书

FSn-150激光平面干涉仪

使 用 说 明 书

南京英特飞光电技术有限公司

2007年6月

150立式干涉仪主机说明书

1 仪器简介

FSn-150是由本公司开发的菲索型立式激光干涉仪主机，可外接图像显示器形成目视观察、判读条纹的光机型干涉仪（Marc-150），也可加装移相器、计算机等构成数字波面干涉仪（Hi-Marc-150）。

图1 Hi-Marc-150干涉仪

由于干涉仪对抗震要求较高，本仪器的光学系统应放置在有防震垫的工作台（光学平台或大理石平台）之上，台面一般不小于仪器高度的1.5倍。

本仪器采用菲索干涉原理（图2），在图像接收光路中设置了空间滤波器来改善干涉图的质量；一个变倍系统可以放大干涉图以便观察小口径的被测件；电控的对点、测试切换使系统更稳定、调整更方便。高精度的标准参考反射镜保证了相对测量的准确度。

本仪器适合测量大口径平面光学元件的面形，无需特殊夹具。也可配各种光学调整架和辅助光学部件进行均匀性、平行差、棱镜角差等的测试。

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本仪器主要用途为：

平面面形测量（非镀膜表面、高反射率镀膜表面*）

小角度平行平晶的楔角测量

角反射器（锥体棱镜）角度误差/综合波差测量*

*注：部分测量需要另配特殊夹具和软件。

2 仪器主要技术指标

2.1 电源：

2.2 光源：

2.3 口径： 220V / 50Hz He-Ne激光器，λ=632.8nm Φ150mm

λ/10（平面系统，95%口径，P-V）* 2.4 光学质量：

2.5 干涉图放大： 1～5×，无级变倍

2.6 输出： 标准视频信号，可为图像采集卡直接接收

调整（十字叉丝）与测试（干涉图）之间为电控切换 2.7 光路切换：

2.8 CCD摄像机： 高分辨力、高灵敏度、低噪声CCD

*注1：光学质量主要由标准参考平晶确定。本仪器标准参考平晶质量符合1级

平晶要求（GB28-2000 平晶检定规程），如有变化，请以合同约定为准。

*注2：标准参考平晶是在仪器中的状态是环形支撑，在设计、加工中我们已经

考虑了自重造成的弹性变形因素。如需要取下后在其他状态下检测，请

考虑加上该因素。

*注3：与标准参考平晶配对的反射平晶，是在70％口径左右的环形支撑，自重

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变形不大。但在长期存放时，请保持工作面向上的状态。

3.仪器的连接

本干涉仪的电器控制部分已经装载与干涉仪后部。如图3所示，仪器后部具有220V电源接口、与计算机的通讯连接接口、两个视频输出接口（一个接计算机内插的图像采集卡、另一个接视频监视器）。

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3 仪器操作使用方法

3.1 开机

本仪器各部件没有特定的开机顺序，但应该依次打开，不能由电源插座一次全部打开，以防电流冲击造成电气损坏。

一般需要在开机后20分钟后再开始测试，因为He-Ne激光器的模式稳定需要一定的时间。刚开机时我们会发现干涉条纹在不停的漂移，有时激光器出现双模时还会使干涉图对比度下降。

如果选用的是稳频激光器，还可以通过调整电流设置点，来增加干涉条纹的对比度。

3.2 光路切换

光路切换是使仪器在调整（对点）状态和测试（干涉图）状态之间切换，有三个办法可以进行切换：

干涉仪遥控盒的面板上，有切换开关（Marc系统，图4）；

在干涉仪上，有切换开关（图5）；

计算机上，软件操作界面右边的软面板上，有一个转换按钮（Hi－Marc

系统，见软件说明书）。

处于调整状态时，在监视器上可看到十字叉丝、参考反射镜和测试反射镜等的反射光点。当光路中放置被测件时，也可以看到它的各个表面的反射光点。

处于测试状态时，可以看到参考反射镜的整个光斑，如果测试反射镜或被测样品调整正确，则可以看到干涉条纹，并可通过条纹获得所需要的测试结果。

图4干涉仪遥控器 图5 干涉仪的切换开关（门内左上方）

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3.3 基本光路初调

通过切换开关，进入调整（对点）光路，在监视器上可看到十字叉丝和多个反射光点。调整标准参考反射镜使其基本平行于平台，可以在屏幕上看到标准参考反射镜的反射光点。将调整到屏幕中央，与十字叉丝中心重合，则调整完成。

图6调整旋钮位置示意图

3.4 基本光路精调

通过切换开关，回到测试（干涉图）光路，微调调整标准参考反射镜，使光斑无切割、变形，此时要注意不要出现杂光。

3.5 被测件调整

将被测件放置到两维调整平台上，然后对其进行初调，对准光点达到重合。通过切换开关，回到测试（干涉图）光路，监视器上可见到密集的干涉条纹。观察干涉条纹是否充满全口径，如有切割，则移动被测件，然后重新进行初调，使被测件全孔径出现在监视器上。最后微调左右与俯仰二个调整螺杆，使得视场中看到的干涉条纹少于六条。

干涉条纹按判读方式不同而不同，如果是目视观察，则3～4条最好，并

且至少要在条纹的两个方向进行观察；如果是进行移相采样，则条纹越

少越好，条纹越少则波面复原的理论精度越高。

在微调时，请关好测试空间的门，防止气流等的干扰。

3.6 测试孔径调整

如果需要测试小于Φ150mm的样品，可以进行干涉图放大。控制面板上有控制倍率开关，可使被测件在监视器上的图像无级放大缩小，放大倍率为1×～5×。改变倍率后，应使被测件的干涉条纹尽量充满监视器。

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3.7 干涉图清晰度调节

在控制面板上，有干涉图调焦+-按钮，可以调节干涉图的清晰。

3.8 干涉图光强调节

使用控制面板上的光强+-按钮，是对光路中的光阑进行硬件调节，一般情况下，对于放大测试小口径的样品，必须调大光圈，当进行1×全孔径测试时，将光阑调小，可以避免CCD出现饱和现象。

在与移相干涉软件联用时，光阑硬件调节应优先于软件的图像采集光强调节。

3.9 干涉图的判读

在目视情况下，可以通过干涉图可以进行光圈、局部光圈的判读。作为一种等厚干涉仪，其干涉条纹判读方法根据GB2813-81，按如下步骤进行（图7）：

① 调整干涉条纹的间隔，使被检区域出现3条或5条干涉条纹；

② 光圈的数目N，由通过直径的最大弯曲量b与条纹间隔a的比值确定，即N b/a；

③局部光圈数目△N，由条纹的不规则程度c，与条纹间隔a的比值确定（图

8）。

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5 使用中的环境影响

特别提示：玻璃材料的标准参考平面容易受到温度因素的影响，石英材料的标

准参考平面则要稳定的多。

5.1 温度与温度梯度

温度在干涉测量中是一个绝对重要的因素，如需要获得高精度的测量结果，最好要保证达到国标《JJG28-2000 平晶检定规程》的要求。本系统的光学质量是在20℃±1℃、温度梯度小于0.1℃/h的条件下获得的。主要的原因是光学玻璃受热变形将产生光学表面光圈的变化，温度不稳定将直接影响测量精度的可靠性。

5.2 恒温时间

在仪器进行高精度测量前，必须有一个恒温时间，以保证内部的温度平衡。一般情况下（温差±5℃以内），建议恒温12小时以上；如起始温度离标准温度（20℃）较远，则必须恒温24～36小时。

样品如果是由外界进入工作室的，也必须有一个恒温时间，以保证样品内部的温度均匀。根据样品大小和温差，一般需要4～24小时。当样品放入干涉室内后，还需要再恒温5～20分钟，以待气流平衡，也使样品与干涉仪的温度一致起来。

5.3 外界温度的影响

操作人员在检测样品时，长时间靠近仪器观察，人体的温度必使仪器四周温度引起变化而传入样品与测试反射镜，引起干涉条纹变形。如果样品是用手拿的，则可以明显看到边缘的干涉条纹弯曲。所以要避免用手直接拿取被测样品，或进行更长时间的恒温。

另外，也必须严格控制检验室内的工作人数。

5.4 气流

气流将造成干涉条纹的不规则扰动，必须避免。如果温度的空间梯度大，也会产生明显的气流影响。

建议将仪器需放在温差小，温度空间梯度也小的环境之中，有条件最好在恒温室内再布置一个小房间，以减少外界温度的变化影响。

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5.5 防震

震动可能由很多原因产生：支撑不够刚性的地板、声波、其它设备（风扇、空调等）、人的活动等等。震动是最难控制的环境问题。理论上，最好是将仪器放在一块混凝土浇注的地基上使用，这样会大大衰减大幅的震动。小幅的震动，例如由人员活动造成的震动，可以通过防震系统隔离。

干涉仪在设计时，对仪器结构本身的防震已经做过一定的考虑，但作为非共光路的泰曼型干涉仪，对震动比菲索型干涉仪要敏感一些。因此需要工作场地的地面结实牢固，并远离机床等强振动源。

震动还可以从电缆传到主机。因而布线时应注意不要接触可能的震动源，也不要通过可能被碰到的地方。不要将键盘，鼠标，或任何带有可移动部件的设备放置在仪器上。

6 安全

本仪器发射的只有可见红光，无不可见的光辐射。仪器内置激光器的输出及自仪器的辐射输出是很低的。即使使用透镜聚焦，辐射也不会产生烧灼现象。然而，仍然需要注意仪器输出的激光。虽然它不能伤害皮肤，但你必须注意保护你的眼睛。不要直视光束或凝视它的明亮反射点。

本仪器的电源线中包括一根保护接地线。它与交流电源中的地线相连。交流电源提供的地线必须是永久良好接地的。

仪器内部有220V和激光器的高压电源，如需要打开盖子维护，务请拔掉电源，并由专业人士进行。

7 保管

干涉仪应避免安置在灰尘较大的地方，在不进行测量时应盖上外罩。

如较长时间不使用，干涉仪应保存在湿度不大于60%的环境下，并定期开启电源，以保证电器系统（特别是激光器）的稳定可靠。

8 文档

合格证

说明书

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9 常见问题及解决方法

9.1 开机无显示

按下述步骤检查：

检查电源是否接好，电压是否正常

开关是否已经打开

检查相关电源接口上的保险丝

检查干涉仪中是否有红色激光输出

检查视频电缆

检查视频监视器的亮度、对比度调节情况

上述检查基本可以确定故障发生位置，如用户自己无法解决，请联系生产者。

9.2 视场不完整

主要的问题可能是标准参考反射镜的位置发生了微小的变化，请仔细微调。如无法解决，则需要由专业人士打开仪器盖子来调整内部光路。

9.3 干涉图亮度不均匀

由于激光为高斯光束，因此存在中间亮，周围暗的情形。一般情况下，移相干涉的算法与光强均匀性无关。如果视场中的光强中心偏离太多的话，干涉条纹粗细变化明显，容易造成干涉条纹不清晰，目视判读困难，则需要由专业人士调整内部光路，使激光光束均匀地照射扩束镜。

9.4 激光管老化：

激光管在使用一定时间后，光亮度会减弱，同时会出现忽亮忽暗现象，此时看到的条纹也是不清晰的，换一根管子即能排除此毛病。

9.5 光学件清洁：

如样品工作面没有擦干净，或反射镜面上出现霉斑，以及扩束镜沾上灰尘等，都会影响干涉条纹的清晰度，或在干涉图上出现脏点（斑），因此，在定期清洁各光学件是有益的。

9.6 建议的清洁程序

! 警告!

在使用酒精、乙醚和甲醇等物质时必须小心，它们都是易燃物，并且有

毒。

不要重复使用清洁擦镜纸，重复使用会导致污物附着，损坏光学器件。

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在清洁光学器件前，从手指上，手腕上取下戒指等首饰，仔细洗手以去

除皮肤油脂，并且戴上手套。

进行清洁工作时的擦拭动作一定要轻柔，避免划伤表面。

如没有把握，需请教专业人士。

9.7 维修

如仪器出现的问题用户没有把握，务请先与生产者联系，请勿私自打开检修。

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