光学元件技术要求与检验国际新标准

学习基本内容
• ISO 10110 : 共13部分 • ISO10110 A User’s Guide • ANSI PH 3.617-1980 • BS 4301:1991 • 国内一些标准：光学设计手册，
1996
2.背景
• 组织体系
1947年成立ISO TC172－光学元件与光学仪器 (1979) (9) SC1－基本标准 WG1 光学检验 WG WG2 光学制图 WG3 环境检验
• 关于非公差数据 Part 11给出一系列数据 Leica公司也给出一系列参考数据
• 关于非球面
非球面 非旋转对称 绕Z轴旋转对称面 坐标轴不重合的回转面
椭球面 双曲面
椭球面 双曲面
环带面
抛物面
锥面（ab） 柱面
抛物面
球面 锥面（a=b） 平面（斯密特校正板）
4. 值得关注的若干问题 4.1 分级相反的规定 材料缺陷-非均匀性及条纹的分级与国 内标准分级含义恰恰相反。 ISO 数字小 值大（差） 国标 数字小 值小（高）
另外，梯度问题
表4.3 典型NIF光学元件表面形技术要求
PV， λ=0.633μm 主放大器 T： λ/6 钕玻璃片 光学元件
光传输 反射镜 R： λ/2.5
梯度值
空间波长>6cm时，梯度 <λ/25/ cm，空间波长 0.4―6cm时，梯度<λ/20/cm 空间波长>2cm时，梯度 <λ/25/ cm，空间波长<2cm 时，梯度<λ/10/cm 空间波长>2cm时，梯度 <λ/25/ cm，空间波长<2cm 时，梯度<λ/10/cm
ISO10 110-8
G Rq L
PM Rq C/D
P PSD C/D
=表面轮廓符号G=粗表面轮廓标志（粗磨）； Rq=最大可允许RMS表面粗糙度（μm）； L=取样长度（mm） P=镜面表面（抛光过的），非定量的 PM=有微缺陷抛光面分级符号M=1.2.3或4 C=下限取样长度（mm）；D=上限取样长度（mm）； PSD=功率谱密度；A=常数，以（μm）3-B表示；f=粗 糙度表面的空间频率（mμ-1）；B=是空气频率的指数， ＜1＜B＜3
ISO10110-3
1/N×A
ISO10110-4
2/A；B
ISO1011 0-5
3/A（B/C）; 3/（B/C） 3/=表面形状偏差编 码号； 3/A（-/C）; 3/A（B）;3/-; 3/A（B/C）RMSX∠D all￠） 其余见后说明 4/б /τ /б（L） 4/定中心偏差编码号 б=面倾向τ=胶合楔 角L=横向偏移量
Hoya都如此见附录4.1
Schotl、
附录4.1 国标光学均匀性及条纹度
光学均 折射率最 条纹度类 距离及结 别 果说明略 匀性类 大偏差 *10-6 别 ００ H1 ±2 无 ±5 ０ H2 无 ± 10 １ H3 无 ２ ± 20 H4 有
附录 4.2 几家公司材料非均匀性标准的比较
Hoya Dhara 折射率变 ISO10110-4 Schott 化×10-6 DIN3140 （类别） （类别） （级别） （级别） 0 ±50 ±20 ±5 1 2 H1a H2b H1a H2b A20 A5
ISO10110-13 6/Hth；λ；pdg; fP; 6/=激光辐射破坏 阈值编码号 Nts x NP（脉冲的） 6/Eth;λ；Nts（连续的） Hth=能量密度阈值； λ=激光波（nm） pdg=脉冲宽度分组； fP=脉冲重复率； Nts =所需要的检 验部位数； Np=每一个检验部 位的脉冲数；Eth= 功率密度阈值
4.2.1 被测表面偏差分解与A、B、C
Sagitta/A
Hale Waihona Puke Baidu
PV/B(RMSt)
PV/C(RMSi)
-b-d=e (RMSa)
4.2.2 3/…与USA用法的关系
由上图分析，及下图（干涉仪说明书）得出 • Power=Sag
4.2.3 PV，Power与3/…关系
• PV— 相当于3/A （B/C）RMSX中的
±2
±1
3
4
H3b
H4b
H3b
H4b
A2
A1
±0.5
5
附录 4.3 用Δn=eλ/t 求解材料厚 度、均匀性 及波前畸变 的关系。
4.2 关于表面形状偏差
• ISO10110-5，3/A（B/C）RMSx • 我们习惯于N，ΔN • 干涉仪中描述波面常习惯于用波
前PV，Power，RMSx值表示
3.2 一般规范 基本规定：波长：546.07nm 单位：mm 温度：22°±2° 视图：阴影线；无阴影线 轴线 ：旋转轴中心线 光轴 尺寸方面：曲率半径：R， Rcx，Rcc，Rcy 特别注意直径或标出e 0.3 倒棱: 0.1
材料说明：一般说明：厂家玻璃类型 国际玻璃编码 折射率与阿贝数 材料特性：折射率公差 透过率 均匀性 条纹等 附加说明：倍率 视场 焦平面等17项
Ra 0.012
Rq15nm
？
Rq2.0~0.5nm
• 国外光学元件表面粗糙度要求（RMS）
细磨玻璃表面、磁盘表面 良好的机械加工表面 单点金刚石切削表面 普通光学元件 超光滑光学元件 特殊超光滑光学元件 10nm- 几m 10nm- 1m 3-15nm 1.5-2.5nm <0.5nm <0.1nm
“B”(去除球面)、“C”（去除非球面） 值； • RMS— 相当于3/A （B/C）RMSX中的 “RMSX”；x=t, i, a • Power— 相当于3/A （B/C）RMSX中的 “A”。
(注意单位转换)
4.2.4 关于PV值的理解
• 定义：最大峰谷值
PV
• 可能的形状：同一PV值的不同波面或光学表面
ISO10110
Optics and Optical InstrumentsPreparation of Drawing for Optical Elements and Systems.
光学元器件与仪器 — 光学元 件及系统图纸绘制
该标准文件全面制定了用于光 学加工与检验光学元件及系统的技
术图纸绘制及其技术要求的总的技
5/=表面缺陷编码号； N=缺陷数目 A=级数（缺陷面积的平方根） C=镀膜缺陷标志； N’=镀膜缺陷数目 A’=级数（缺陷面积的平方根） E=倒棱标志； A=倒掉棱的尺寸 L=长划痕标志； N”=长划痕数目 A”=级数（划痕宽度，mm） T=透过检验； V=可见度的级数 R=反射检验；E，A”=倒棱，同方法1
KDP开关 T： λ/4 晶体
4.3 表面缺陷问题
• 早期 : “光学量度”把光学机械表面质量（60
年代）： 光学表面光洁度PI … PVII ― 缺陷 机械表面光洁度▽1-14 ― 粗糙度 • 现用“光学设计手册” （90年代）： 光学表面疵病（GB1185-89） B/G×J ；CN×B；Pz 表面粗糙度（GB1031-83《机械…》） Ra=0.012m ▽14
号
1 2 3 5 10 15 20 30 40 50
码
最大直径
10 20 30 50 100 150 200 300 400 500
• NIF光学图纸是从MIL-O-13830A
转换用 ISO10110-7规范 • 我国 *一个如何制定问题 *一个如何检验问题 *标准板的制作 *检验设备的研制
4.4 关于表面结构特性 表面抛光程度 ，即表面粗糙度的容 许量和表示法与国内差异较大。倍加注 意：用机械表面标准表述光学表面是极 不充分的。
• 起草与颁布
◊ ISO/TC172/SC1/WG2/于1979年起草 “光学制图表示法” ◊定名为ISO10110 ◊依据DIN3140 差异 *表面粗糙度;*干涉波面描述;….. ◊1980年4月16日通过 ◊1996年发布1,2,3,5,6,7,9,10 1997年发布4,8,11,12,13
术规范。
3. 基本内容与说明 3.1 基本内容 ISO10110包括十三个部分，大致 分四个方面： 第一，一般规范：Part1 概述 第二，光学材料缺陷，包括： Part2 应力双折射 Part3 气泡与杂质 Part4 非均匀性与条纹
第三，表面特性，包括： Part 5 表面面形偏差 Part 6 中心偏差 Part 7 表面缺陷公差 Part 8 表面微观轮廓 第四，其他规定，包括： Part 9 表面处理与镀膜 Part10 透镜元件数据的列表表示 Part11 非公差数据 Part12 非球面 Part13 激光辐射损伤阈值
ISO1011 0-6
ETD n 1 3438 弧分 δ Φ
L f ETD 1 mm 1 1 R1 R2
ISO1 5/N×A； 0110 CN’×A’ -7 LN”×A”； EA” （方法1） 5/TV或 /TV；EA” 5/RV或 RV；EA” （方法2）
ISO10 110-9
λ=涂膜符号 =涂膜技术要求与说明 保护性表面处理（涂漆……）
3.4 其它部分
• 关于列表方式（Part 10）
Left surface R 60.43 CC e 35 Protective chamfer 0.2–0.4 () AR 207b 3/ 2（0.5） 4/ 5/ 50.16; L2 0.04; E 0.5 Material specification BK7 ne 1.518720.001 e 63.96 0.8% 0/ 10 1/ 50.16 2/ 1;2 Right surface R 50.17 CX e 34 Protective chamfer 0.2– 0.4 () – 3/ 3(1) 4/ 2 5/ 5 0.16; L2 0.04; E 0.5
光学元件技术要求国际新标准 及其在我国推行与研究现状
基本内容
1. 概况
2. 3. 4. 5. 6.
背景 基本内容及简要说明 值得关注的若干问题 推行及研究现状 结论
1 概况
工作需要
• 神光Ⅱ装置 • 神光Ⅲ 装置规定以ISO10110为基础制定各
种技术要求 • 上海地区光学商贸往来 • NIF: 1999年7月SPIE会议两条信息： (1) NIF光学图纸均按ISO10110标准实施 (2) MIL-0-13830A与ISO10110的转换关系
3.3 列表说明各部分内容 所在部分 ISO10110-2 编码 0／A 解 说 0／=材料应力双折射的编码 号 A=最大光程差（OPD）,以 nm/cm为单位 1/=材料气泡及杂质编码号 N=气泡和/或杂质数目A=气 泡分级数（尺寸），以mm 为单位所允许缺陷最大尺寸 截面面积的平方根 2/=材料非均匀性和条纹编码 号，A=非均匀性级数，B=条 纹级数
4.2.2 关于PV值及Power值与N及ΔN
• 无严格对应关系
• 对于较好的波面： • 对于不规则波面：
2PV（Power）≈ N 2│PV- Power│≈ΔN 2 Power ≈N
结论
• 单纯用PV值(指标)评定波面或镜面是不够的 • 应指出是相对于最佳拟合球面的PV值或就
是两波面最大距离的PV值 • 考虑到波面的旋转对称性是十分重要的， 尤其在神光装置中的补偿效果 • 建议：定义的PV值用大写；用最佳拟合球 面分离出的PV值用小写，以示区别
• ISO10110-7
Ⅰ. 5/N×A；CN’ ×A; LN”×A”; EA’” Ⅱ. 5/TV或RV，EA’”
• 用Suface texture
表4.4 方法I用的疵病标准板的具体数值
标准 板 N0.1 级数A mm 0.004 0.006 0.010 0.016 0.025 0.040 0.040 0.060 0.100 0.160 0.250 0.400 圆“缺陷”直径 “划痕”尺寸 μm μm 4.5 1×16 7 1.6×25 11 2.5×40 18 4.0×63 28 0.3×100 45 10×160 45 10×160 70 16×225 110 25×400 180 40×630 280 63×1000 450 100×1600
标准 板 N0.2
SCRATCH SAMPLE 10 20 40 60 80
DIG SAMPLE 5 10 20 40 50
• MIL-O-13830A
表4.6划痕/坑点号码与尺寸对照表
划 痕 坑
(如：40/20)
点
号
10 15 20 30 40 60 80
码
最大宽度 （μm）
1 1.5 2 3 4 6 8