本文關(guān)鍵詞：基于計算全息光學(xué)元件的非球面檢測技術(shù)應(yīng)用研究

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【摘要】：設(shè)計和制造高精度和高衍射效率的衍射光學(xué)元件是未來光學(xué)發(fā)展最有前景的方向之一。這些元件具有薄的浮雕位相結(jié)構(gòu),正在光學(xué)檢測中發(fā)揮越來越重要的作用。在高精度非球面檢測時,計算全息光學(xué)元件(Computer Generated Hologram,簡稱CGH,下同)正在為非球面及自由曲面的檢測提供新的思路,該方法的基本原理是利用CGH生成理想的非球面波前來實現(xiàn)相位補(bǔ)償,并與實際的檢測波前相干涉來實現(xiàn)非球面面形的高精度檢測。論文首先闡述了CGH在非球面檢測中應(yīng)用的最新進(jìn)展;然后研究了干涉法檢測非球面的基本理論以及現(xiàn)階段在非球面實際檢測面形應(yīng)用廣泛的Offner補(bǔ)償器法原理,并針對一凹非球面主鏡(F數(shù)為2,口徑D=400mm,非球面系數(shù)K=-1)給出了Offner補(bǔ)償器法設(shè)計實例。再次,研究了CGH的檢測原理;針對應(yīng)用于非球面檢測的CGH是一種分析型衍射光學(xué)元件的特征,詳細(xì)分析了幾種可用于表征CGH位相的表達(dá)式,并結(jié)合具體實例特別介紹了36項澤尼克系數(shù)擬合的CGH位相表達(dá)式;建立了使用CGH檢測非球面的幾何光學(xué)數(shù)學(xué)模型,詳細(xì)分析了CGH加工誤差分析模型,提出了降低加工誤差敏感性的方案,為CGH位相設(shè)計及量化提供指導(dǎo)。隨后,論文還對非球面檢測用CGH設(shè)計方法進(jìn)行了深入詳細(xì)的研究,針對同一凹非球面主鏡給出了CGH補(bǔ)償器的設(shè)計方法,并通過三種方案的對比給出了CGH的最優(yōu)化設(shè)計;根據(jù)CGH位相函數(shù)得出了CGH加工過程中的關(guān)鍵指標(biāo),評估了CGH元件的加工難度。其次,針對凸非球面與離軸非球面的CGH檢測,也給出了設(shè)計方案。此外,研究了CGH的制造工藝流程,介紹了衍射光學(xué)元件加工的關(guān)鍵尺寸以及加工衍射元件的數(shù)據(jù)格式。并使用光刻掩模法完成了凹非球面反射鏡用CGH實物的制造與表面浮雕結(jié)構(gòu)測試。最后,給出了Offner補(bǔ)償器與實際設(shè)計制造出的一塊CGH補(bǔ)償器測試對比結(jié)果,為下一步更深入的研究打下堅實的理論與實踐基礎(chǔ)。結(jié)論表明:CGH用于檢測非球面可以達(dá)到較高的精度,而且可以完成傳統(tǒng)方法無法測量的非球面反射鏡及自由曲面反射鏡面形的高精度測量。
【關(guān)鍵詞】：計算全息 CGH 非球面檢測 裝調(diào) 位相量化 補(bǔ)償器 二元光學(xué) 衍射光學(xué)元件 零位檢測
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(西安光學(xué)精密機(jī)械研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH74
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-31
• 1.1 選題目的及意義11-14
• 1.2 計算全息光學(xué)元件(CGH)檢測非球面研究發(fā)展現(xiàn)狀14-25
• 1.2.1 CGH替代傳統(tǒng)補(bǔ)償鏡的測試系統(tǒng)14-20
• 1.2.2 CGH對傳統(tǒng)補(bǔ)償器進(jìn)行標(biāo)校20-22
• 1.2.3 用球面CGH檢測大口徑凸非球面22-24
• 1.2.4 使用CGH補(bǔ)償器測量非典型光學(xué)表面面形24-25
• 1.3 CGH專用激光刻寫設(shè)備最新研制進(jìn)展25-29
• 1.4 本文主要研究工作29-31
• 第二章 非球面干涉檢測與補(bǔ)償器設(shè)計原理31-39
• 2.1 非球面方程與法線像差31-32
• 2.2 表征實際測量時非球面面形指標(biāo)32-34
• 2.3 Offner補(bǔ)償器設(shè)計原理及實例34-39
• 第三章 計算全息光學(xué)元件(CGH)設(shè)計原理及誤差分析39-61
• 3.1 衍射光學(xué)理論分析39-45
• 3.1.1 二元線性光柵模型39-41
• 3.1.2 普通衍射透鏡41-44
• 3.1.3 衍射零透鏡44-45
• 3.1.4 衍射光線追跡45
• 3.2 非球面檢測用CGH理論分析45-50
• 3.2.1 CGH補(bǔ)償檢測非球面鏡原理45-46
• 3.2.2 非球面檢測用CGH的位相表達(dá)式46-50
• 3.3 本論文CGH設(shè)計詳細(xì)數(shù)學(xué)分析模型50-61
• 3.3.1 設(shè)計分析模型50-53
• 3.3.2 加工誤差分析模型53-61
• 第四章 CGH補(bǔ)償器設(shè)計實例61-77
• 4.1 同軸凹非球面CGH設(shè)計實例61-69
• 4.1.1 凹非球面檢測用CGH主全息設(shè)計61-68
• 4.1.2 凹非球面檢測用定位CGH設(shè)計68-69
• 4.2 同軸凸非球面反射鏡CGH設(shè)計實例69-72
• 4.2.1 將標(biāo)準(zhǔn)平面波轉(zhuǎn)化為與待檢凸非球面一致的非球面波69-70
• 4.2.2 在凹球面鏡上制作曲面計算全息補(bǔ)償檢測大口徑凸非球面70-72
• 4.3 離軸非球面CGH檢測元件的設(shè)計實例72-77
• 第五章 計算全息光學(xué)元件(CGH)的制造與實驗77-93
• 5.1 CGH制造的關(guān)鍵臨界尺寸77-79
• 5.2 CGH的制造工藝79-81
• 5.2.1 基板測試與清潔79
• 5.2.2 振幅型CGH制作79-80
• 5.2.3 位相型CGH制作80-81
• 5.3 實際制造的CGH基板測試與表面形貌測試81-86
• 5.3.1 基板測試81-82
• 5.3.2 CGH加工實物與表面形貌測試82-86
• 5.4 Offner補(bǔ)償器與CGH補(bǔ)償器檢測實驗對比86-93
• 5.4.1 Offner補(bǔ)償器檢測實驗86-89
• 5.4.2 CGH補(bǔ)償器檢測實驗89-93
• 第六章 總結(jié)與展望93-95
• 6.1 總結(jié)93
• 6.2 展望93-95
• 參考文獻(xiàn)95-99
• 作者簡介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果99

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