11第十一章 精密分束器.doc

基础光学工艺第十一章 精密分束器第十一章 精密分束器精密分束器是从一细长条形棱镜上切下来的两块相同的直角棱镜并按45角胶合而成的。这里介绍它的简单生产过程。显然，任何直角棱镜的90面均带有几分误差(由两个互相补偿的角度形成)，故棱镜直角总是钝角(正)或锐角（负）。制作时，在长方形棱镜的一个端部湿贴一小块镀铝的平行板，则能使尖塔差控制到最小值。这种制作方法，只要微量转动一下胶成分束器的一对棱镜，一般可以使尖塔差为霍，必然小于30。1、 玻璃的准备工作长方形直角棱镜的一般制作过程如下：将玻璃圆盘研磨和粗抛光成平行平板（20），以便于检验应力均匀性、气泡等等（见第五章）。在合格的玻璃毛坯两边贴上防水胶带纸。用金刚石锯片切割成长方形玻璃块以前，要预先划线，划线的尺寸应保证锯切、铣磨、研磨成长方形棱镜（玻璃比劳动力更便宜）时有足够的玻璃余量。直角棱镜尺寸取决于完工后分束器的底边长度和切开直角棱镜的对数。显然，底边长度为810mm的棱镜不能做得太长，但是对于底边长度大于25mm的大棱镜可以做得更长些。长方形棱镜的长度宜于做到足以提供23对小棱镜和4对以上的大棱镜（10mm以上）。划线时要留足够的细磨余量。由于金刚锯切时会引起光学抛光表面的挠曲（泰曼效应），应细磨和粗抛光锯口，以消除这种应力。棱镜的总长度受两个因素限制：第一，把长的玻璃条切割为两部分具有45角的金刚石锯片的尺寸；第二，铣磨和细磨长方形棱镜的槽形夹具尺寸。对角线切割或把玻璃块切割为两个修正45直角棱镜是一项危险的操作。为使安全应在长方形玻璃块装入夹具时，用沥青胶胶牢两个面（见图11、1）。把夹具安装在锯床的滑动工作台上，锯片对准玻璃块一端2mm的倒角面。最好用三份水白松香，三份蜂蜡和二份地蜡（按重量）配成低温沥青胶粘结。夹具组件装上后在靠近夹具切割处垫一块有锯槽孔的橡皮，以防止玻璃破裂。棱镜锯开后，从夹具上取下并立即在平磨模上倒去危险的尖锐棱边。 图11.1将长方形玻璃块锯成两块长方形直角棱镜的英大正形夹具2、 铣磨成形、研磨和抛光在45凹槽夹具中铣磨粗糙的长方形棱镜，应确保透镜纸和夹具的45英大正形槽的垂直面不超出棱镜的抛光面，并且不必考虑玻璃靠板与长方形棱镜第二面间的空气隙。铣磨好第一个45面以后再铣磨第二个45面。用透镜纸保护粗抛光表面，然后把第一面紧紧地固定到夹具上，再上盘铣磨出斜面。直角棱镜的光学加工方法有几种，应根据需要的分束器数目选用。如果需要10块以下棱镜，则宜用玻璃导块胶合于加长的长 图11.2将已完工的长条形棱镜切成几对直角棱镜的划线方形棱镜上的加工方法（见附录3）。长方形棱镜的长度应该足够切割2对或3 对直角棱镜（见图11.2）。这种方法类似于第八章所述的方法，如图11.3所示把玻璃导块胶合到棱镜上，一起进行细磨与抛光，并且用内自准直装置检验45组合反射角。若把玻璃导块胶合到长方形棱镜的长边上，则更便于操作。为控制两个45面的90侧面角（控制尖塔差），在长方形棱镜的90面上湿贴一小块镀铝平行平板，以便用自准直法检验90角。在平行平板上放置一块45标准角规，以检验45角（见6.4节和图6.8）。大批量生产这种长方形棱镜时应该用加工精密、退火良好的45和90铸铁夹具。安装、研磨和抛光过程中要保持清洗，每次安装定位都要十分仔细，棱镜锐边应重新倒角，并在每一个抛光表面上贴上透镜纸。上盘的温度必须升高到接近100c（212F）并用木榔头敲紧棱镜。金属夹具要求有更高的质量及更精确的角度槽形（用45和90标准角规检验）。 图11.3 用外自准直装置检验45组合角的正负用高度游标尺在夹具四周相隔120处检验并控制长方形棱镜的尺寸（底边长度和顶点高度）。为了倒角和保持棱镜的平行度，长方形棱镜必须具有足够的余量。在加工过程中倒边消失后，可以用车间中的刀片和145号砂重新研磨棱镜锐边，直到可以观察到倒边为止。注意棱镜表面和侧面的最后两道细磨（145号和90号金刚砂）至少要留有0.006in的余量。金刚砂铣磨玻璃表面时会在表面上产生小而深的裂纹和应力。存在这种缺陷的光束分束器及其它光学零件会引起电子线路中的背景声。为此用于激光照明系统中的光学零件在光学制造过程中磨得更加充分。长方形棱镜安装在夹具中时，棱镜盘的外形呈圆形，而且长方形棱镜的最小长度至少可以做一对（不是一块）棱镜，并应用深度游标尺检验磨好平行度的长方形棱镜到工具顶面的高度。该棱镜的抛光与平面的抛光一样，整个表面应优于两个波长（单块棱镜的表面按比例降低要求），并且无划痕、无亮道子。划痕及亮道子是由于积聚于斜面和尖角处的干抛光粉落在沥青抛光盘上面而引起的。棱镜第二面及斜面的上盘、安装、研磨与抛光法与上述方法相似。3、 光束分束器的锯开和组合棱镜完工后用软的尖头笔在长方形棱镜上划线，划出切割最多对数的直角棱镜。每一对直角棱镜必须配在一起构成一个立方体。从不同长方形棱镜上切下来的棱镜对是稍有差别的。仔细地锯刀（每次平行地切割）后用沥青胶把棱镜胶到一只小的平面模具上，再从棱镜上铣去大约0.2mm的余量，使表面光洁。大棱镜的90侧面必须粗抛光，然后翻过来粘结棱镜，将棱镜加工到规定的公差。必须仔细地保持棱镜的平行度并与已完工的面成90角。如果锯开的棱镜个数较多，则在每对棱镜上用铅笔写上连续的号码次序，大尺寸棱镜则可以用小的胶带纸作上记号。重新检验完工后的棱镜，并用红笔在棱镜上记下角度的正负误差。经常发生由于棱镜对数较多，工作不够仔细而使棱镜的配对产生混杂，在镀膜时也易于将棱镜配对弄错。因为需在金属夹具里细磨与抛光棱镜，故不必在棱镜上胶上玻璃导块。用一台外自准装置（见图8.4）检验45角，任何垂直方向上象的分离都表示了45角的误差。为什么不用90角检验呢？因为90角检验不能确定45角彼此间是否互相补偿，而只能确定90角是否理想。翻转棱镜检验第二个45角的误差，它引起的象的分离与第一个45角相同。因为一个角度为正误差时，另一个就为负误差，这是所希望的。如何确定角度是正（钝）或负（锐）呢？记住下列两条规则：规则1、目镜由最佳焦点向里离焦大约1mm，如果两个象越加分离，则角度为正误差。规则2、目镜由最佳焦点向里离焦大约1mm，如果两个象趋向靠近，则角度为负误差。规则1的根据是若为理想的角度则当目镜离焦时象将向两边扩展。因此当目镜朝向棱镜离焦时，负误差的角度将使两个象靠近。如果有些混淆，可以用十字刻线或十字线测量，组合棱镜以前，要辨别所有45角的正负，并在侧面贴以胶带纸作记号。所有大尺寸的棱镜在泰曼或亨德里克斯干涉仪上检验时，测出的光程差应少于半个光圈。记住，干涉仪给出的是两倍OPD值。大多数小尺寸棱镜可以满足这个公差，而较大尺寸的棱镜可能要抛修后才能满足要求。有关这方面的讨论参见附录8。镀膜后与检验过的棱镜胶合在一起，制成光束器（见图11.4）。先用自准直仪的平面找到象，再将棱镜放在平行光路中，然后旋转或稍微侧向移动棱镜使象重合。应首先确定玻璃角度误差的正负，然后才能把它们配对胶。有时由于尖塔差使垂直线不能重合，在这种情况下，将水平线稍微分离，使误差成为最小而满足公差的要求。胶硬化后，用橡皮带或胶带纸固定组合棱镜。在胶层变硬而棱镜不能再旋转以前必须多次检验光束分束器。 图11.4胶合光束分束器时，检验配对的直角棱镜组件4、 结论制造棱镜的这种方法可能不是新的，但是仔细检索到1905年还没有发现有关这方面的参考资料。如果要制造超精密光束分束器，则应该用制造直角棱镜的方法来制造长方形棱镜。习题：1.光束分束器组件中