用计算全息法测量长焦透镜的透射波前

为了高精度地检测长焦透镜的透射波前,提出了在Zygo干涉仪的平面光路中加入一个二元衍射元件提供参考波前的计算全息法(CGH)。介绍了计算全息法检测长焦透镜透射波前的理论,设计并研制了高精度计算全息板,并将其用于大口径长焦距透镜透射波前检测。理论分析和实际检测结果表明:该方法系统误差小,测量重复性精度优于0.004λ(2σRMS),与常规的菲索干涉法测量球面透镜透射波前得到的结果一致,从而验证了提出测量方法的可靠性。最后,详细分析了二元衍射元件的制造误差对透射波前检测的影响,得到测量误差(PV)小于λ/10。文中的结果表明提出的计算全息法可有效缩短光路,提高测量精度,对长焦透镜波前检测有重要的应用价值。     

半导体双波长透射式红外干涉仪的研制及应用

采用635nm波长半导体可见光激光和10.5μm波长半导体红外激光作为干涉光源,设计了635nm和10.5μm双波段共光路透射式红外干涉仪,实现了可见光波段干涉测试与红外光波段干涉测试共光路,且双光路共用可见光对准。双波段共用机械式相移系统,并采用635nm测试光分段驻点标定10.5μm测试时相移器的长行程误差。研制的双波长红外干涉仪系统的红外测试精度达到PV优于0.05λ,RMS优于0.02λ,系统重复性RMS优于0.001λ。采用该干涉仪测试口径为400mm×400mm,离轴量为800mm的离轴非球面,得到边缘最大偏差值为21.9μm,能够实现大口径离轴非球面从粗磨到精磨高精度加工面形的全过程干涉测试。     

具有隔离器功能的激光干涉仪的研究

提出了一种具有隔离器功能的激光干涉仪.既可以进行干涉测量,又具有隔离器功能,可以防止反射光回到光源,使光源保持稳定,确保了测量精度.该干涉仪由常规干涉仪和双级隔离器的结构有机的结合起来,其中某些元件合二为一,使一个元件起到双重功能的作用,同时使干涉光路和隔离光路也相互重合起来.理论分析和实验研究表明:该方案是可行的.隔离度与双级隔离器的隔离度相同,达到了48dB.该装置的干涉测量精度与一般干涉仪一样取决于激光波长,但该装置结构紧凑,简化了测量系统,实际使用更为方便.     

共光路径向剪切干涉仪的设计

针对常规像移式干涉仪无法用于大口径、长光路光学系统波像差检测的工程问题,设计了共光路径向剪切干涉仪以消除采用标准波面所引入的系统误差.设计中采用由三角棱镜与斜方棱镜组合而成的胶合棱镜组作为波面剪切器件,将待测波面与其复制波面产生干涉,并通过一组有不同相对孔径的透镜切换装置来控制干涉仪剪切比.与4D动态干涉仪在不同条件下...     

光学面形绝对检测的数字干涉新方法

本文提出一种光学面形绝对实时检测与控制的新方法。从干涉图中可将干涉仪的系统误差与参考面误差分离出来,从而高精度地、实时地获得被检面的绝对数据。这对光学加工,实时检测以及提高光学系统质量具有理论和实际意义。本文给出实测结果,其测量精度可达到λ/50∽λ/100。     

球面绝对检测及误差控制

高精度检测技术是促进光学加工技术发展的必备条件.ZYGO干涉仪检测光学表面面形代表着国际先进水平,常规检测精度取决于仪器配备的标准镜头(通常标准镜头精度为λ/10,最高精度可达λ/20),λ/20测量精度不能满足更高精度面形检测的需求.本文探讨了表面绝对检测技术及误差控制,通过用ZYGO干涉仪及两种精度等级的参考镜头对f/1.07的球面镜进行常规GPI干涉和双球面实时绝对检测比对,证明了表面绝对检测的有效性.实验及分析表明在超净实验室、高精度防振平台、高精密可旋转5维调整架及精密导轨的测量条件下,采用表面绝对测量技术,严格控制基准定位和共焦位置旋转角度定位,多次重复测量,λ/10标准镜头同样能够达到λ/30 PV的高精度检测目的.     

数字莫尔移相干涉仪误差多点标定与修正研究

干涉测量在现有的光学元件面形检测方法中具有测量精度高的优势,应用相对广泛。但干涉仪元件的加工和装调误差会降低面形检测精度。提出一种利用夏克哈特曼波前传感器对实际干涉仪系统进行多点标定的方法,利用波前标定数据在光学设计软件ZEMAX中实现对虚拟干涉仪系统的修正,结合数字莫尔移相算法,消除实际干涉仪加工和装调误差的影响。选取平面镜和可变形镜作为待测镜分别进行面形测量实验,结果表明,标定和修正后的数字莫尔移相干涉仪系统检测精度提高,与Zygo干涉仪的检测结果相比,面形趋势保持一致且峰谷值(PV)值误差相差在0.07λ(λ=532 nm)以内。     

大口径高次、离轴非球面干涉测量中投影畸变的标定方法

提出了运用干涉仪的Fiducial功能确定干涉仪CCD的测量坐标系与非球面镜面坐标系的对应关系,然后对两者关系进行正交化拟合,从而标定出非球面干涉检验中的投影畸变,并用于某高次、离轴非球面进行干涉检验中的投影畸变标定,拟合精度为1.964 53μm.根据标定结果对干涉测量面形图重构,进行了数控抛光实验,最终面形精度达到均方根值λ/20(λ=0.632 8 μm),证明拟合精度完全满足数控抛光的要求.     

Shack-Hartmann波前传感器检测大口径圆对称非球面反射镜

针对大口径非球面反射镜在研磨阶段后期其面形与理想面形存在较大偏差,且表面粗糙度较大、反射率较低,采用轮廓仪和普通干涉仪检测无法满足测试要求等问题,提出采用动态范围大且精度高的Shack-Hartmann波前传感器来检测大口径非球面反射镜.研究分析了Shack-Hartmann波前传感器检测系统的原理及系统误差并编写了相应的数据处理软件.为了验证该方法的可行性,对已经加工完成的350 mm口径旋转对称双曲面面形进行了检测,测量得到的面形误差PV值、RMS值分别为0.388λ、0.043λ(λ=632.8 nm);与干涉测量的标准结果进行了对比,得到的面形偏差PV值、RMS值分别为0.014λ和0.001λ.对比结果表明,Shack-Hartmann波前传感器的测量结果正确可靠,从而验证了Shack-Hartmann波前传感器检测大口径非球面反射镜的可行性.     

基于波面面形的滤波计算

为提高光学干涉测量的精度,研究了用来消除干涉条纹图噪声的滤波算法。讨论了不同波面和不同干涉仪噪声下不同滤波方法的滤波效果。考虑干涉仪噪声对条纹图的影响与检测中的不同波面情况,基于泽尼克多项式原理用matlab仿真法建立了离焦、像散、彗差、球差4种不同的干涉条纹图,计算了滤波后不同波面面形的PV值和GRMS值差别的大小。结果表明:同种噪声与滤波器情况下,在离焦、像散、彗差、球差4种面型中,滤波后球差波面的PV差值最大,高达0.11λ,与在乘性噪声下其它波面的最高PV值0.08λ相比,滤波效果较差;滤波后像散波面的PV差值最小,除乘性噪声中值滤波情况外,PV差值均在0.05λ以下,最低达0.01λ,滤波效果较好。此外,彗差波面滤波情况要略优于离焦波面。滤波器中,低通滤波稳定性高,PV差值局限于0.01λ~0.04λ,滤波效果相对好;而空域滤波后波面的PV差值最高达0.09λ,但噪声针对性更好。