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离轴抛物面镜表面光洁度的评估方法

2020.10.06

   离轴抛物面镜是从旋转对称的抛物面镜中取用不包含对称轴的一个部分的镜面,由于它能以简单的面形产生高质量的无中心遮拦的平行光束,近年来逐渐成为一种应用较广的光学零件,其加工技术从属于光学加工技术领域。

  如果靶放在抛物面的焦点处,会阻挡一部分入射光线,所以仅使用抛物面镜的一部分,让光束离轴入射,这就是离轴抛物面镜。使用它入射光就不会被靶所阻挡。它的有效焦距EFL不同于母抛物面镜的焦距PFL,计算衍射极限时要以EFL为焦距。

  很多离轴抛物面镜是用金刚石刀用铜或者铝为基底切削而成的,表面镀金,再加一层SiO2保护层。这样做的原因是加工容易,特别是短焦距。金膜的反射率在我们使用的波长范围内(700nm-900nm)几乎不随入射光的角度和偏振变化而变化。而镀介质膜的反射镜的反射率随入射角变化比较大。

  离轴抛物面镜的表面不像抛光的玻璃那样光滑,表面粗糙度小于10nm,据此可估计散射损失为(4πσ/λ)2<3%,工式中σ为rms粗糙度,λ为激光波长。这些高频(空间)散射在聚焦时大因发散角大而传播到四面八方去了,不会对焦斑产生什么影响。离轴抛物面镜另外一个明显的特征是用肉眼也可以观察到的刀痕,空间频率大约在250/mm,类似于光栅,会在中心焦斑附近产生焦线。

  表面平整度或表面光洁度是一个重要的指标,主要有三种评估方法,分别是RMS,Ra和PV,比较表面光洁度的前提是采用同一套评估方法。目前主要的离轴抛物面镜工艺可能保证在太赫兹和红外波段有较好的光斑均匀性,而对于可见光波段,则需要采用特殊的表面处理,我们目前已经可以做到RMS仅20nm的水平。


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