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随着光学技术的蓬勃发展,以高精度光学元件为核心的光学系统在天文、空间光学、惯性约束聚变装置、深紫外和极紫外投影曝光系统等高技术领域有着越来越广泛的应用,必然对先进光学制造提出了更高的要求。在先进光学制造领域,光学制造精度受到相应检测精度的限制。数字干涉仪因其具有非接触、大量程、高灵敏度、快速等特点成为高精度光学元件面形检测的主流设备。常规商用干涉仪的检测精度为PV:1/10-1/20波长,无法满足高精度光学元件制造的检测精度。德国Zeiss公司和日本的Nikon公司均建立满足要求的亚纳米级高精度干涉仪,面形精度已达到0.1nmrms,而我国在该技术领域的研究较为薄弱。本论文研究的干涉仪本征噪声抑制技术就是从控制光源的空间相干性入手解决干涉中的相干噪声问题,旨在提高干涉仪的测量精度。本论文研究的主要任务就是解决干涉仪相干噪声抑制技术关键理论和技术问题,为研制纳米级高精度干涉仪提供理论支持和技术指导。本论文的研究工作可以分为以下几个部分: (1)对干涉仪本征噪声抑制技术的国内外研究现状进行了充分调研,全面分析了抑制干涉仪本征噪声技术几种主要手段。提出了抑制高精度干涉仪本征噪声模型的实验方案;并对其中所涉及的关键技术问题进行了分析。 (2)全面分析了光源相干性(时间相干性和空间相干性)对干涉条纹对比度的影响,理论上分析了空间扩展圆盘状光源以及环形光源抑制相干噪声的原理,利用zemax软件建立干涉仪模型仿真分析了环形光源参数特性对干涉测量结果的影响,给出了满足高精度干涉仪需求的环形光源参数范围。为干涉仪相干噪声建模分析提供了理论依据。 (3)如何实现环形光源并建立干涉仪本征噪声实验模型是本论文研究的核心和关键技术。基于实验条件和加工水平,本论文提出利用旋转相位光栅和旋转楔镜实现环形光源的方案,利用matlab软件仿真分析了相位光栅夫琅禾费衍射图,从理论上分析了相位光栅实现环形光源的可行性,从几何光学原理分析了相位光栅和楔镜的安装对准误差,给出了安装定位精度和加工控制精度;最后用实验对两种抑制相干噪声的方案进行原理验证。 (4)利用Zemax光学设计软件仿真设计了为Fizeau干涉仪提供照明的光源系统,进行了光学像差分析和公差分析。搭建抑制干涉仪相干噪声实验系统,进行原理验证和点光源对比实验。探索分析了楔镜楔角以及旋转速度对测量结果的影响;通过实验验证了虚拟空间扩展光源抑制相干噪声的有效性,并对实验中存在主要误差来源作了分析。