导读

近期，上海理工大学韩森教授团队在Light: Advanced Manufacturing期刊发表了题为“Simulation and experimental investigation of homogeneity measurement in side-polished transparent cylindrical materials”的研究论文。韩森教授为通讯作者，魏泽川为第一作者。

该研究提出了一种基于斐索干涉仪的透明柱面折射率均匀性径向绝对测量方法，成功实现了对圆柱晶锭阶段材料内部折射率分布的无损、高精度检测。该方法无需“先切片、后检测”，可广泛应用于半导体硅锭、医用内窥镜柱面窗片、激光雷达光学元件等关键产品的质量管控。

图1：不同步骤均匀性检测原理图

光学均匀性光学均匀性具体数值通常定义为：元件内部折射率的最大差值与平均折射率的比值，其大小直接决定系统成像质量、光束稳定性与测量精度，是高端光学器件的核心质量指标。

长期以来，激光雷达、医疗成像、半导体制造等行业对圆柱形透明材料（如硅锭、柱面镜片）的均匀性检测，一直依赖“先切片、后检测”的传统方案：将圆柱晶锭切成薄片，用平面轴向方法测量均匀性，对合格的薄片再进行加工处理。该模式存在固有缺陷：若整根晶锭均匀性不达标，所有切片均将报废，造成巨大的材料浪费与成本损失。

图2：透明圆柱的应用领域

因此，发展一种可在晶锭阶段直接、无损检测柱面材料均匀性的方法，具有重要的工程价值。

该团队提出了一种基于斐索干涉仪的透明柱面折射率均匀性径向绝对测量方法，该方法使用一款柱面补偿镜作为参考镜，该镜头具有成本低、结构稳定、灵活度高等优势，设计的柱面补偿镜如下图3所示。

图3：集成TC镜

研究团队采用的柱面补偿镜TC，它本质上是一块高精度平面镜(TF)与一片计算全息（CGH）的“组合体”：平面镜负责提供稳定的参考光路，CGH则像一枚定制的“印章”，把干涉仪发出的标准平面波“盖”成所需的柱面波。更巧妙的是，这种集成设计让TC的光轴与干涉仪的光轴永久锁定，装调一次、长期使用，无需每次测量都重新对准，可以轻松测得柱面面形干涉图。

干涉图包含了系统误差和各个表面的误差，团队采用了一套绝对测量方法：分别测量空腔、样品透射、样品前表面反射、样品后表面反射四组干涉数据。通过数学组合，即使存在坐标镜像反转，参考镜面形误差、样品表面误差、反射镜装偏误差也能彼此抵消，最终仅保留样品内部折射率分布。这就好比拍照时，先拍一张背景图，再拍一张有人的合影，两张相减，人就“抠”出来了，背景再乱也不影响，如下图4所示。

图4：绝对测量法

总结与展望

本研究在传统平面元件的均匀性绝对测量技术趋于成熟的情况下，提出了一种透明柱面材料均匀性径向绝对测量方法。该方法为半导体晶锭、激光雷达、医用内窥镜窗片等产品提供了一种“不切片、无破坏”的原材料预检手段，大幅节约成本，填补了柱面均匀性绝对测量的技术空白，推动精密光学制造向更高效、可控的方向发展。

未来，该方法有望与拼接测量技术结合，实现整个圆柱全口径的均匀性成像，甚至走进生产线，成为在线无损检测的常规手段。（来源：先进制造微信公众号）

相关论文信息：https://doi.org/10.37188/lam.2026.053