本文關(guān)鍵詞： 衍射 光柵拼接 干涉儀 拼接誤差 衍射波前　出處：《中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：大尺寸平面衍射光柵是用于天文光譜分析、激光慣性約束核聚變等領(lǐng)域的重要光學(xué)元件。而單塊大尺寸平面衍射光柵的制備存在諸多技術(shù)難題需要突破,因此將兩塊或者多塊小光柵拼接起來(lái)使其滿足使用要求成為制備大尺寸光柵的發(fā)展趨勢(shì)。決定拼接光柵能否投入使用的關(guān)鍵是拼接誤差的精度是否能夠達(dá)到使用要求,因此拼接誤差的檢測(cè)與光柵姿態(tài)調(diào)整的精度顯得尤為重要。近十幾年中,國(guó)內(nèi)外學(xué)者以遠(yuǎn)場(chǎng)光斑法或遠(yuǎn)場(chǎng)光斑法結(jié)合干涉法檢測(cè)并調(diào)整光柵拼接誤差,使遠(yuǎn)場(chǎng)光斑能量滿足使用要求。但是當(dāng)因光柵波前和光學(xué)系統(tǒng)像差而產(chǎn)生的波前差較大時(shí),光斑檢測(cè)法存在較大的測(cè)量誤差,拼接的光柵未必能滿足使用要求。因此,直接對(duì)拼接光柵進(jìn)行檢測(cè)是拼接光柵能夠投入使用的前提,光柵拼接的直接檢測(cè)法是利用干涉法檢測(cè)拼接光柵的波前�；诖�,本文對(duì)基于干涉法的光柵拼接誤差檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了深入研究,通過(guò)對(duì)拼接光柵波前的測(cè)量計(jì)算拼接誤差指導(dǎo)光柵姿態(tài)的調(diào)整。具體研究工作如下:第一,根據(jù)弗朗禾費(fèi)積分原理和干涉原理分別建立了光柵拼接誤差與遠(yuǎn)場(chǎng)光斑能量分布和衍射波前關(guān)系的理論模型,仿真分析了理想情況和存在波前差時(shí)拼接誤差對(duì)干涉條紋和遠(yuǎn)場(chǎng)光斑能量分布的影響,對(duì)比分析了這兩種檢測(cè)方法的仿真結(jié)果,最終選擇干涉法作為本文的拼接誤差檢測(cè)方法。第二,設(shè)計(jì)了基于干涉法的光柵拼接誤差檢測(cè)光路,采用楔形鏡結(jié)構(gòu)消除零級(jí)光測(cè)量時(shí)Δz測(cè)量的不確定性,實(shí)現(xiàn)光柵的嚴(yán)格拼接。利用三步法實(shí)現(xiàn)五維拼接誤差的檢測(cè),第一步利用零級(jí)光檢測(cè)拼接誤差Δθx、Δθy,第二步利用零級(jí)光的測(cè)量窗和楔形鏡結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的參考窗檢測(cè)拼接誤差Δz,第三步檢測(cè)拼接誤差Δθz、Δx。根據(jù)三步法的調(diào)整過(guò)程,分別用Matlab進(jìn)行原理性仿真驗(yàn)證,用ZEMAX進(jìn)行實(shí)際光路仿真驗(yàn)證,結(jié)果表明兩者具有非常好的一致性,說(shuō)明理論正確,方法可行。第三,依據(jù)干涉儀測(cè)量的零級(jí)和衍射級(jí)波前數(shù)據(jù),采用最小二乘擬合算法,計(jì)算光柵的零級(jí)和衍射級(jí)拼接誤差波前,建立了零級(jí)拼接誤差波前與拼接誤差Δθx、Δθy、Δz的計(jì)算矩陣及衍射級(jí)拼接誤差波前與拼接誤差Δθz、Δx的計(jì)算矩陣。通過(guò)上述計(jì)算過(guò)程,可以計(jì)算出五維拼接誤差Δθx、Δθy、Δθz、Δx、Δz的數(shù)值解。第四,采用Labview依據(jù)拼接誤差模型計(jì)算方法編寫了五維拼接誤差計(jì)算程序,程序分三部分模塊:分別是Δθx、Δθy計(jì)算模塊,Δz計(jì)算模塊,Δθz、Δx計(jì)算模塊。程序?qū)崿F(xiàn)的功能是讀取干涉系統(tǒng)測(cè)得的波前值并計(jì)算Δθx、Δθy、Δθz、Δx、Δz的數(shù)值解。為了驗(yàn)證計(jì)算方法的正確性及軟件的實(shí)用性,以ZYGO干涉儀作為測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量拼接光柵的波前,并用軟件計(jì)算拼接誤差結(jié)果,與理論情況下拼接誤差產(chǎn)生的干涉條紋作對(duì)比,結(jié)果表明提出的拼接誤差計(jì)算方法正確,軟件功能滿足實(shí)際使用需要。第五,根據(jù)拼接光柵的指標(biāo)要求,進(jìn)行了光柵拼接誤差的精度分析,并以各維度的精度分析結(jié)果推導(dǎo)拼接系統(tǒng)各元器件參數(shù),依據(jù)元器件的參數(shù)要求確定實(shí)驗(yàn)器材。第六,通過(guò)設(shè)計(jì)的光柵拼接系統(tǒng),在線測(cè)量拼接誤差并指導(dǎo)促動(dòng)器和壓電陶瓷調(diào)整光柵姿態(tài),實(shí)現(xiàn)光柵的嚴(yán)格拼接。完成了兩塊尺寸為35mm×35mm、刻線密度為600line/mm、波前為1/3λ小口徑光柵的拼接,拼接后光柵的波前為1/2λ,,為接下來(lái)利用拼接制備真正意義上的大口徑平面衍射光柵打下了基礎(chǔ)。
[Abstract]:In this paper , a theoretical model of grating splicing error detection based on interference method is presented . In order to verify the correctness of the calculation method and the practicability of the software , the precision analysis of the grating splicing error is carried out by using the ZYGO interferometer as the measuring system and the interference fringes generated by the splicing error are calculated .

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN25;O436.1

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本文編號(hào)：1490045