本文件描述了采用低相干干涉法测量光电系统中光学中心间距的原理、测量条件、测量设备、测量步骤以及测量数据处理。 本文件适用于光电系统中光学中心间距的测量，光学平板厚度的测量参照使用。

ICS17.180.99
CCSL50
中华人民共和国国家标准
GB/T44078—2024
光电系统中光学中心间距的测定低相干干涉测量法
Determination of optical center distance in photoelectric system-Lowcoherenceinterferometry
2024-05-28发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2024-12-01实施
规范性引用文件
术语和定义
测量原理
测量方法分类
时域相下下涉测量
频域相干干涉测量
测量条件
测量环境
被测样品
测量设备
测量步骤
测量前准备
参数预设置
样品测量
结果有效性判定
测量数据处理
测量报告
附录A（资料性）
附录B（规范性）
附录C（资料性）
附录D（资料性）
参考文献
校准器
玻璃材料折射率换算
测量结果异常值判断
测量报告
GB/T44078—2024
GB/T44078—2024
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本文件由全国光电测量标准化技术委员会（SAC/TC487)归口。本文件起草单位：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所、中国科学院空天信息创新研究院中国标准化研究院、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所、中国计量科学研究院、中国科学院光电技术研究所、长春奥普光电技术股份有限公司、浙江舜宇光学有限公司、苏州慧利仪器有限责任公司、舟山市质量技术监督检测研究院、上海拍频光电科技有限公司。本文件主要起草人：邢利娜、史国华、何益、王璞、蔡建奇、刘春雨、李飞、魏凌、冯长有、谢桂华、韩森、叶虹、樊金宇、陈一巍、郝华东、张志平。Ⅲ
1范围
光电系统中光学中心间距的测定低相于于涉测量法
GB/T44078—2024
本文件描述了采用低相干干涉法测量光电系统中光学中心间距的原理、测量条件、测量设备、测量步骤以及测量数据处理。
本文件适用于光电系统中光学中心间距的测量，光学平板厚度的测量参照使用，2
规范性引用文件
本文件没有规范性引用文件。
术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。3.1
光学中心间距
opticalcenterdistance
光学元件表面中心点之间的距离。注：包含光学元件的中心厚和相邻两光学元件间的空气间隔。3.2
相干长度
coherence length
光源同一点在相干时间内不同时刻发出的两光波之间具有相干性的最大光程差。3.3
Flowcoherence
低相干
光的相干长度短。
interference
两束或两束以上的光波在重叠区相互加强和减弱的现象。［来源：GB/T13962—2009，4.8]3.5
样品光路
samplelightpath
低相干干涉测量时，发生干涉的两束光波所在光路中，包含被测样品的光路。3.6
参考光路
reference light path
低相干干涉测量时，发生干涉的两束光波所在光路中，不包含被测样品的光路。3.7
星opticalpath[distance]
光在介质中传播的几何路程与该介质的折射率之乘积。［来源：GB/T13962—2009，2.39]］1
GB/T44078—2024
（绝对）折射率（absolute）refractiveindex光线在真空中的相速度与光在介质中的相速度之比。［来源：GB/T13962—2009，3.115］3.9
由opticalaxis
光学系统的对称轴线。
注：在共轴光学系统中，是各光学表面曲率中心所在的直线。［来源：GB/T1224—2016，3.5]4测量原理
测量方法分类
宽带光源发出的光经分束器分成两束，一束进入样品光路后照射到样品上发生后向散射；另一束进人参考光路后被参考光路中的反射镜反射，样品光路的后向反射光和参考光路反射镜的反射光经分束器会合，当两者的光程差小于光源的相干长度时，两束光发生干涉，通过光电探测器探测到干涉信号。基于相干干涉的原理，利用宽带光源的低相干特性，通过光电探测器探测等光程时的干涉信号，实现光学面定位。根据干涉信号获取方式的不同，分为时域相干干涉测量和频域相干干涉测量。4.2
时域相干干涉测量
基于低相干干涉原理，通过机械运动装置移动参考光路反射镜的位置，实现待测样品不同位置的表面（Z，Z2,Z3……）干涉。当干涉信号最强时，通过测量参考光路反射镜移动的距离（li，l2….…），计算得出两相邻表面之间的光程。用光程除以两相邻表面之间介质的折射率，得到待测样品的中心间距，时域相干干涉测量原理图如图1所示。10
标引序号说明：
1——光源；
参考光；
反射镜；
分束器；
探测光；
待测样品表面Z1；
待测样品表面Z2：
待测样品表面Z3；
光电探测器；
数据采集与显示部分
时域相干干涉测量原理图
4.3频域相干干涉测量
4.3.1概述
GB/T44078—2024
基于低相干干涉原理，利用空间分光谱技术或波长调谐技术，采集到包含频谱信息的干涉信号，对干涉信号进行傅里叶变换获取样品的深度信息。使用标准样品测量得到频谱信息与光程之间的对应关系，通过数据处理，得到待测样品的中心间距。频域相干干涉测量原理图见图2。频域相干干涉测量技术有两种实现方法，一种是使用宽带光源和光谱仪的谱域相干干涉测量，另一种是使用扫频光源和光电探测器的扫频相干干涉测量。10
标引序号说明：
光源；
参考光；
反射镜；
分束器；
探测光；
谱域相干干涉测量
待测样品表面Z1；
待测样品表面Z2；
待测样品表面Z3；
光谱仪或光电探测器；
数据采集与显示部分。
图2频域相干干涉测量原理图
采用宽带光源，光源发出的光经分束器分为两束，一束进人参考光路后经反射镜反射，原路返回分束器；另一束进人样品光路，经样品反射后返回分束器，两束光在满足干涉条件的情况下在分束器中发生干涉，由光谱仪获得干涉信号。通过光谱仪中光栅的色散能力对波长进行空间解码，线扫描探测器对干涉信号进行采集，采集到的干涉信号是关于波长的函数，由傅里叶逆变换实现不同波长的干涉信号的分离，获取信号中携带的样品深度信息。通过测量获得样品深度信息与波长之间的对应关系，最后由计算机进行数据处理，得到待测样品的中心间距。
4.3.3扫频相干干涉测量
扫频光源是窄脉冲、宽光谱的快速可调谐激光器，能周期性输出一段宽光谱的光波，在每个周期内，按照时间先后输出一个可近似认为是单波长的窄带光束序列，见图3。3
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扫额周期
图3扫频光源输出波长示意图
采用扫频光源，光源发出的光经分束器分为两束，一束进人参考光路后经反射镜反射，原路返回分束器；另一束进人样品光路，由样品反射后返回分束器，两束光在满足干涉条件的情况下在分束器中发生于涉，由探测器获得于涉信号。光的干涉信号是时间的函数，用探测器探测到不同时间的干涉信号。将采集到的时间域干涉信号通过硬件或插值的方法转换到波数域，再对信号作傅里叶变换得到信号中携带的样品的深度信息。傅里叶变换得到的深度信息对应于信号像素点，需要测量像素对应的物理距离。两个表面之间的像素点数乘以像素对应的物理距离得到两个表面之间的光程，再除以材料折射率，得到待测样品的中心间距。5测量条件
测量环境
测量环境要求如下：
a）应在室内，常压条件下，无影响测量的振动，避免阳光直射；b）相对湿度：25%~75%；
c）环境温度：20℃士2℃，环境温度24h内变化量在土1℃之内。当测量环境不能满足此要求时，应在此环境下对测量设备进行校准，并将被测样品放置于测量环境中进行等温调节，并应在测量报告中注明测量环境情况。2被测样品
被测样品可是透镜、透镜组、光学平片、光学镜头等，样品光学表面应洁净、无尘土颗粒及其他污物。测量前应提供样品的光学结构、材料或折射率信息，并将被测样品在测量环境中进行等温调节2h以上。
6测量设备
低相干干涉中心间距测量设备由测量头、线性模组、样品调整台、控制单元、数据采集及显示部分等组成，示意图见图4。控制单元包含光源、参考光路和电控系统等，可根据被测样品选定光源的相干长度和中心波长。
标引序号说明：
1—控制单元；
2——线性模组；
3——样品调整台；
被测样品；
5——测量头；
6——数据采集及显示部分、
图4低相干干涉中心间距测量设备组成示意图GB/T44078—2024
测量设备应定期校准，并在有效期内。若校准已超过有效期，应采用校准器校准设备后使用。校准器的制作方法参见附录A。测量设备应具有样品折射率参数输人和干涉信号显示功能。测量步骤
测量前准备
测量前准备工作如下：
查看测量设备的校准情况；
确认测量设备在测量环境中等温调节24h以上；确认样品信息并将样品进行等温调节2h以上；c）
记录测量环境温度、相对湿度、气压以及样品等温调节情况。d)
7.2参数预设置
打开测量软件，输入待测样品参数，利用设备软件生成或加载样品模型检查待测样品参数是否输入正确。
输入参数应包含材料折射率，对于透镜组或多镜片系统应按照样品放置的方位，从样品靠近测量头端开始顺序依次输入待测样品参数。输入的折射率应为该样品在测量设备的中心波长下的折射率。若样品的材料折射率无中心波长下的实测数据，应按照附录B将其换算为中心波长下的折射率。7.3
样品测量
样品测量过程如下。
调平样品调整台。当测量设备不具备自动调平功能时，可利用水平仪调平样品调整台。a)
将样品稳定放置在调整台上。
选择测量光束类型。当样品表面为平面时，将测量光束设置为准直光束。当样品为曲面时，将测量光束设置为聚焦光束，可优先将测量光束聚焦于样品的上表面或样品内部。对准光轴。打开引导光源，调整样品台4个方向的自由度，使样品的光轴与光源的光轴同d)
轴，查看干涉信号的强度，当干涉信号最强时，测量光轴与样品的光轴重合。e）关闭引导光源，开始测量，每间隔一段时间（不少于1s）记录一组测量数据，重复记录i（j》10)组测量数据。
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