發(fā)布時間：2020-06-19 14:30

【摘要】：光學零位干涉測試是一種相對測量方法,已經(jīng)廣泛應用在光學元件的高精度檢測中。為了消除包括參考面誤差在內(nèi)的系統(tǒng)誤差,進一步提升檢測精度,絕對檢測技術(shù)被用于獲得待測光學元件的絕對面形。傳統(tǒng)的三面互檢法等絕對檢測方法通常需要對待測件進行大幅度的翻轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn),給檢測過程中帶來不可避免的位置匹配誤差,影響測量精度。為了實現(xiàn)待測件面形的絕對檢測,避免傳統(tǒng)絕對檢測方法中待測件的大幅度移動帶來的位置匹配誤差問題,本文研究基于零位干涉的微小位移共軛差分光學面形絕對檢測技術(shù),主要研究內(nèi)容如下:針對傳統(tǒng)平面絕對面形檢測中待測件大幅度移動造成位置匹配誤差的問題,在差分干涉中引入了共軛位置測量的思想,提出了基于零位干涉的共軛差分平面絕對檢測技術(shù),通過對待測件進行四次亞毫米級的平移運動,由兩正交方向的共軛位置上的四次測量結(jié)果得到待測面在兩個方向上的差分面形,并通過差分波面復原算法解算得到待測面的絕對面形;待測件只需要進行亞毫米級的平移,不需要大幅度的翻轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn),從而避免了待測件的大尺度姿態(tài)變化造成的位置匹配誤差和應力形變誤差;相比于差分法,共軛差分法通過共軛位置的測量,消除了初始位置測量結(jié)果的影響,雙邊共軛逼近差分也提升了擬合逼近精度,仿真結(jié)果顯示,應用三種差分波面復原算法得到的共軛差分法復原結(jié)果比差分法復原結(jié)果精度更高;針對共軛差分干涉測量中的關(guān)鍵問題如剪切量和算法等進行分析,同時研究實際測試過程中幾個主要誤差源對共軛差分法的影響;針對一待測平面鏡元件,應用共軛差分法完成平面光學元件的絕對檢測實驗,實驗結(jié)果表明,其測試結(jié)果與三面互檢法的結(jié)果一致,兩者最大均方根偏差為0.2nm,優(yōu)于λλ/3100(λλ=632.8nm)。針對將共軛差分法應用到非球面面形的絕對檢測中所需的待測件零位干涉條件的問題,利用無旋轉(zhuǎn)對稱性的光學自由曲面待測件,研究基于CGH(computer generated hologram)的零位補償波前變換技術(shù),完成了自由曲面波前變換的CGH的設(shè)計與加工,實現(xiàn)了光學自由曲面元件的零位干涉檢測;針對一離軸非球面元件將其經(jīng)過坐標變換后作為光學自由曲面元件來設(shè)計CGH進行零位測試,測試結(jié)果顯示,CGH作為零位補償波前變換器件用于光學自由曲面的零位干涉檢測的測量重復性(root meat square,RMS)優(yōu)于λ/1400,分析測試過程中的誤差因素,CGH重構(gòu)自由曲面波前誤差(RMS)優(yōu)于λ/110,通過均方根合成得到測試系統(tǒng)的測量不確定度(URMS)優(yōu)于λ/70;以O(shè)ffner補償器的測量結(jié)果作為參考值,進行比較,兩者之間偏差(ARMS)優(yōu)于λ/104。針對應用共軛差分法實現(xiàn)柱面元件的絕對檢測問題,建立了基于CGH波前變換、柱面輔助裝調(diào)和共軛差分技術(shù)的柱面絕對面形檢測方法;設(shè)計并加工了柱面波前變換的CGH,用于柱面的零位干涉測試;建立柱面干涉調(diào)整誤差模型,將裝調(diào)過程中的失調(diào)量與測試結(jié)果的Chebyshev多項式擬合系數(shù)關(guān)聯(lián),定量計算柱面零位干涉中的失調(diào)量,實現(xiàn)柱面零位干涉測量中待測件的輔助裝調(diào),提高柱面干涉測試過程中的裝調(diào)精度;保持待測柱面的零位干涉狀態(tài),將待測柱面分別沿中心線方向平移和繞中心線旋轉(zhuǎn),得到待測柱面在兩組共軛位置的測量結(jié)果,應用共軛差分得到待測柱面在兩個方向上的差分波面,從而通過波面復原技術(shù)獲得待測柱面的絕對面形;針對一曲率半徑為-100mm的圓柱面鏡,應用共軛差分法實現(xiàn)待測柱面的絕對檢測,測試結(jié)果與輪廓儀測試結(jié)果作對比,兩者之間輪廓基本一致,偏差RMS優(yōu)于λ/40。
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH74
【圖文】：

原理是只要物波的數(shù)學模型已知，就能產(chǎn)生實際上并不存在的物體的衍射波前，因而它逡逑能精確地提供各種面形元件檢測所需的“標準樣板”，即它可以產(chǎn)生想要得到的任意形逡逑狀的波前，對任意形狀的光學面形進行零位補償干涉測量，原理如圖１．２所示計算逡逑全息法最早是由美國亞利桑那大學光學中心的Ａ．Ｊ．Ｍａｃｇｏｖｅｍ和Ｊ．Ｃ．Ｗｙａｎｔ等人提出｜｜９＿逡逑２｜］。隨著計算機技術(shù)和微電子加工裝備技術(shù)的蓬勃發(fā)展，ＣＧＨ的加工能力及精度也隨逡逑之曰益提升，高精度、高衍射效率的計算全息加工己完全可以用于光學面形的干涉測量逡逑中，計算全息技術(shù)也己經(jīng)在非球面元件的檢測中得到深入的研宄和廣泛的使用，被認為逡逑是檢測非球面元件面形最有效的方法。逡逑參考面逡逑準直光源邐標準透鏡組逡逑成像透鏡待測件逡逑空間濾波器一）（一逡逑探測器邋／邋＼逡逑圖１．２計算全息零位干涉檢測非球面原理圖逡逑國際上美國的亞利桑那大學［２７＿３（）１、德國斯圖加特大學１３１＿３６１等研究機構(gòu)以及國內(nèi)的清逡逑華大學１３７￥１、長春光機所１４＾３］、中科院成都光電所Ｉ４４＃］、南京理工大學［２２＿４７＿＿Ｍ１等單位都逡逑在ＣＧＨ的研[偡矯嬋沽松釗氳難衃偣ぷ鰨⒃詵喬蠣嫻募觳庥τ緬〉昧酥匾某懾義瞎�。随着微道`蛹際醯姆⒄梗茫牽鵲募庸つ芰χ鴆教嶸�，Ｃ岿o募庸ぞ雀擼茫牽儒義仙傻牟ㄇ爸柿懇倉鸞ヌ岣擼虼耍茫牽確ǖ募觳餼紉蒼嚼叢礁擼淮送�，随着加工精辶x隙鵲奶嶸茫牽鵲牟ㄇ氨浠荒芰σ蒼嚼叢礁擼虼耍茫牽確ǖ牟饈遠韻笠泊釉縉詰男】阱義暇緞》喬蠣娑鵲餃緗竦拇罌誥洞蠓喬蠣娑鵲姆喬蠣嬖

本文編號：2720919