1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
3 吉林省智能波前传感与控制重点实验室，吉林 长春 130033
4 中国科学院 苏州生物医学工程技术研究所，江苏 苏州 215163
5 济南国科医工科技发展有限公司，山东 济南 250102
为了解决传统激光差动共焦显微镜（LDCM）无法在测距的同时，进行高精度倾斜角度测量的问题，提出了一种基于差动共焦的倾角测量传感器。在对倾斜表面进行测量时，该传感器首先利用轴向扫描获取的差动响应信号精准定位其焦点位置，然后分析显微镜光瞳面场强分布并提取光斑图像的峰值位置，从而实现对倾角的精准测量。首先，建立聚焦光束经倾斜待测面反射后的光场分布模型，对不同倾斜角度下显微镜光瞳面的场强分布情况进行分析。然后，在分析倾斜光斑特征的基础上，提出了采用改进Meanshift算法进行光斑峰值位置提取的方法。最后，通过实验验证了传感器对倾角测量的有效性。实验结果表明，传感器对倾斜程度（0~8°）测量平均误差为0.011°，对倾斜方向（0~360°）的测量平均误差为0.128°，能够满足利用差动共焦非接触光学探针对三维表面进行检测的过程中，对待测表面倾斜角度测量的要求。该传感器为自由曲面的高精度轮廓测量提供了一种新的方法。
非接触光学探针 差动共焦 三维检测 倾斜测量 峰值提取 non-contact optical probe differential confocal 3D detection tilt measurement peak extraction
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
大尺寸反射式光栅是提高天文光谱仪分辨率和啁啾脉冲放大系统输出能量的核心元件。随着天文和激光核聚变技术的发展, 大尺寸反射式光栅的研制已成为国内外学者研究的热点。相较于单块大尺寸反射式光栅的研制, 拼接法以其难度系数低、制作成本低和待拼接的小光栅易制作、质量高等优点成为了制作大尺寸反射式光栅的主要方法。本文介绍了大尺寸反射式光栅拼接技术的基本原理, 详细综述了光栅拼接技术的研究进展, 包括光栅拼接误差检测理论、光栅拼接误差分离、拼接光栅波前相位校正、光栅拼接误差维数的削减和光栅拼接装置, 最后总结了光栅拼接技术的优缺点并指出了其未来的发展方向。
光栅拼接 误差检测 误差分离 相位校正 拼接装置 grating mosaic error detection error separation phase correction mosaic device
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
设计了一种基于干涉检验法的复制拼接光栅测量光路。针对光栅复制拼接光路中入射光角度难以精确测量的问题，分析了光栅拼接实验中入射光角度对光栅拼接的影响。建立了光栅拼接误差模型，分析了五维拼接误差的容限要求。按照光栅复制拼接光路的要求，设计了一种干涉仪角度调节装置。根据误差模型和拼接光路分析了500 mm×500 mm大尺寸中阶梯光栅复制拼接光路中入射光角度误差与拼接误差的关系。 结果显示：入射光角度误差为1°，拼接光路中绕x轴，y轴的转动误差Δθx,Δθy和沿z轴的位移误差Δz的计算值与实际值之间分别相差0.002 1 μrad，0.003 3 μrad和0.348 2 nm时，引起波前差为2.590 1 nm。根据这一计算结果，给出了干涉仪角度调节装置的设计指标，即设置角度调节分度为0.1°时，可满足大尺寸光栅复制拼接要求。
光栅拼接 光栅复制 拼接误差 误差分析 grating mosaic grating replication mosaic error error analysis 光学 精密工程
2017, 25(12): 3027
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
衍射波前质量是衡量刻划光栅性能的重要指标之一, 光栅刻划机若存在阿贝误差, 将直接影响刻线位置精度, 从而影响光栅的波前质量。建立了刻划机阿贝误差与光栅衍射波前质量的物理模型, 并分析了该误差对波前质量的影响。针对该误差设计了一种基于双频激光干涉测量的阿贝误差测量光路, 测量了刻划机的阿贝误差, 根据物理模型对其导致的光栅衍射波前误差作了仿真分析, 并提出了基于双层工作台结构的误差控制校正方法。对两块尺寸为80 mm×100 mm、刻线密度为79 groove/mm的中阶梯光栅进行了阿贝误差校正前后的对比刻划实验。结果表明, 通过对阿贝误差的测量和校正, 光栅闪耀级次为-36级的衍射波前误差由0.529λ降低至0.159λ(λ=632.8 nm), 有效地降低了阿贝误差对光栅衍射波前质量的影响。
衍射光栅 阿贝误差 衍射波前 刻线位置误差 刻划机
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所， 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学， 北京 100049
光栅拼接法是目前制作大尺寸平面衍射光栅的重要方法之一，而拼接误差是评价拼接光栅是否能够使用的重要指标之一。实时定量测量拼接误差，能够实现对拼接误差的自动闭环调整，通过实时指导拼接提高光栅拼接的精度。建立了衍射波前与光栅拼接误差关系的数学模型，分析了干涉仪测量光栅拼接误差的原理，用ZYGO干涉仪实现拼接光栅0级及-1级衍射波前的数字化定量提取，分析并计算了拼接误差波前，得到五维拼接误差的数值解。利用拼接光栅-2级的衍射波前验证五维拼接误差结果的准确性，实验结果表明由0级、-1级、-2级拼接波前计算的拼接误差具有较好的一致性，为利用波前检测光栅拼接误差并实现自动化闭环调整提供了理论指导。
衍射 光栅拼接 干涉仪 衍射波前 拼接误差
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
由于大型衍射光栅刻划机刻划系统的双拉杆结构不能使其满足精度指标要求,本文设计了一套单拉杆结构.讨论了石英导轨分度方向弯曲误差产生的原因及其减小该误差的方法,分析和比较了两种拉杆结构的鞍型滑块的受力情况.基于材料力学弯曲变形理论,建立了石英导轨分度方向弯曲误差模型.在该模型的基础上仿真了双、单拉杆结构下刻划系统的石英导轨在分度方向上的弯曲变形误差.最后,使用双频激光干涉仪对石英导轨上的两个特征测量点进行了测量.测量结果显示:改进后的拉杆结构使得石英导轨在两特征测量点处的位移误差由50.36 nm降低到小于10 nm,满足大型衍射光栅刻划机刻划系统在分度方向上5~10 nm的精度指标要求.
光栅刻划机 衍射光纤 双拉杆结构 单拉杆结构 石英导轨 grating ruling engine diffraction optical fiber double-rod structure single-rod structure quartz guide rail
