1 国防科技大学智能科学学院装备综合保障技术重点实验室，湖南 长沙 410073
2 超精密加工技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
超精密测量是光学制造的前提。高精度的光学面形测量仍然遵循零位检验原则，计算机生成全息图（CGH）是自由曲面等复杂面形零位检验所必需的补偿器。为此，面向制造过程，重点论述CGH补偿检验原理及其衍射级次的鬼像干扰、投影畸变校正、测量不确定度与绝对检验问题，探讨CGH补偿检验的局限与应对方法。针对制造过程中产生的动态演变局部大误差的测量难题，论述子孔径拼接测量、自适应补偿干涉测量方法，探讨加工原位干涉测量进展。最后，从超高精度测量与溯源、混合光学零件的宏微跨尺度测量、自主可控面形测量仪器及其原位集成三个方面对光学面形测量技术发展进行展望。
测量 超精密测量 零位检验 光学面形计量 光学自由曲面 计算机生成全息图 激光与光电子学进展
2023, 60(3): 0312011
1 中国科学院西安光学精密机械研究所先进光学元件试制中心，陕西 西安 710119
2 中国科学院大学，北京 100049
抛物镜归一和重整化后的Offner补偿器设计可以被认为是在参数空间寻优的确定化问题。通过构建抛物镜Offner补偿器优化结构实例，获得其评价函数在参数空间的分布，得到Offner补偿器设计结果参照图谱，提出一种对补偿器设计初始结构选择和性能评价的方法，结果揭示了该问题可以通过数值方法得到较好解决。
光学设计与制造 非球面 零位检验 Offner补偿器 样条插值 结构评价 激光与光电子学进展
2022, 59(13): 1322003
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
随着单点金刚石车削技术和抛光技术的发展，实现了金属反射镜的快速高效低成本制造。然而，金属反射镜的检测手段存在明显不足，尤其是没有一种快速、高效的检测手段用于检测凸非球面金属反射镜。为提高凸非球面金属反射镜的检测效率，提出一种非零位拼接检测凸非球面金属反射镜的检测方法。结合工程实例，对口径为120 mm，顶点曲率半径R为1121.586 mm，二次曲线常数K为−2.38的凸非球面金属反射镜进行了拼接检测实验，拼接所得面形误差均方根值（RMS）为0.016λ(λ=632.8 nm)。与Luphoscan检测结果对比，验证了非零位拼接检测方法的检测精度RMS为0.007λ，结果表明该方法能够实现凸非球面金属反射镜的快速、高效检测。
拼接检测 凸非球面 非零位 金属反射镜 subaperture stitching convex aspheric surface non-null test metal mirror 红外与激光工程
2021, 50(11): 20210061
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
提出一种新的基于环形子孔径扫描的锥形镜面形测量方法,该方法可实现大口径、不同锥角的锥形镜面形的通用化测量。使用微动扫描台移动锥形镜,同时测量待测锥面法线方向若干环带的相位,提取有效像素并通过插值拼接得到被测锥形镜的面形。该方法可实现锥角大于96.4°的锥形镜面形的测量,测量口径可达100 mm以上,理论测量精度达到λ/4 PV(λ为波长;PV为峰谷值)。使用ZYGO公司4英寸(1 inch=2.54 cm)的DynaFiz干涉仪对一个标称角度为140°的凸面锥形镜顶部的面形进行检测,被测样品旋转90°前后的面形检测结果与使用Taylor-Hobson公司LuphoScan轮廓仪检测结果一致,PV值相差0.54 μm,验证了该方法的可行性。
测量 干涉测量 面形检测 环形子孔径扫描 锥形镜 零位测试 中国激光
2019, 46(10): 1004001
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
针对大口径非球面透镜透射波前检测,提出了采用计算全息元件(CGH)作为光路相位补偿元件进行检测的方法。大口径非球面透镜透射波前通常采用球面干涉仪进行检测,为了达到零位检测的目的,在光路中往往需要加入相位补偿元件以补偿高阶像差(HOA)。传统的折射式相位补偿元件的精度溯源比较困难,导致检测数据缺乏可信度。将CGH作为相位补偿元件可达到零位检测的目的。针对大口径非球面透镜的透射波前检测,设计并加工了相应的CGH作为相位补偿元件,并与传统的折射式补偿元件进行了对比测试。测试结果表明:两种相位补偿方法的测试数据具有良好的一致性,峰谷(PV)值的差值为0.034λ(λ为检测光的波长),均方根(RMS)值的差值为0.006λ,因此CGH作为相位补偿元件具有相当高的测试精度。
测量 计算全息元件 干涉检测 零位测试 相位补偿 测量精度 激光与光电子学进展
2019, 56(2): 021202
国防科学技术大学机电工程与自动化学院, 湖南 长沙 410073
以非球面为代表的复杂面形在现代光学系统中的应用越来越广泛，因为它比球面提供了更多的设计自由度，可用更少的元件达到更优的成像质量。然而非球面的多样性也带来了面形测量的难题，传统的零位测试没有灵活适应不同面形的能力。可变像差补偿技术对于提高检测柔性和效率具有重要意义。针对回转对称非球面的球差补偿，分析了部分补偿透镜、相位板组合和高次非球面单透镜等可变补偿方案；针对离轴非球面的像差补偿，分析了倾斜球面系统、Risley棱镜和双回转相位板的可变补偿方案；进而介绍了变形镜和空间光调制器(SLM)作为可编程补偿器用于波面干涉测量的研究进展。最后指出可变像差补偿技术面临的大范围和多模式像差补偿、回程误差补偿以及失调像差解耦三个主要问题。
测量 面形测量 可变像差 像差补偿 近零位测试 非球面 激光与光电子学进展
2017, 54(4): 040004
叙利亚应用科学与技术高等学校, 大马士革 31983
本文提出了一种新型、易于用传统光学干涉仪测量的非球面。该非球面的检测主要基于Zemax光学程序软件设计的多重配置特性。第一配置为易于测量非球面, 第二配置为采用平行平面玻璃板或单透镜作为零位校正器, 用于检测第一配置的非球面。本文通过一些实例, 说明了易测量非球面检测技术的应用和优势, 证实了与圆锥或普通非球面相比, 易测量非球面更易于操作与检测, 同时有利于减小光学像差。
易测量非球面 干涉仪 零位检验 easily measurable aspheric surfaces interferometer null test
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 同济大学, 上海 200092
为了研究双透镜和球面镜之间不同球差分配对折反射式补偿器补偿效果的影响, 以三级像差理论为基础, 针对两个不同相对口径的凹抛物面镜, 采用不同内部球差分配, 分别设计了一组折反射式补偿器, 将结果绘制成曲线.从曲线可看出, 当球面镜球差分配系数从0逐渐增大到0.5时, 对应折反射式补偿器补偿能力先增强, 达到极值后下降.球面镜球差分配系数为零时, 球面镜不承担球差, 球面镜变成半径无穷大的平面镜, 折反射式补偿器即变为Offner 补偿器.研究表明, 折反射式补偿器补偿能力强, 但不同内部球差分配对补偿效果影响较大, 合理选择球面镜球差分配系数对折反射式补偿器设计是有利的.
光学设计 折反射式补偿器 三级像差理论 非球面 零位补偿检验 大口径 大相对孔径 Optical design Catadioptric compensator Third order aberration theory Aspheric Null test Large aperture Large relative aperture 光子学报
2016, 45(12): 1222001
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 同济大学, 上海 200092
结合奥夫纳尔折射式零位补偿器和马克苏托夫反射式零位补偿器的优点, 对大口径、大相对孔径凹非球面加工检验提出一种折反射式零位补偿检验法.该方法采用放置在非球面顶点曲率中心之前的两块透镜和一块反射镜来实现大口径凹非球面零位补偿检验.依据三级像差理论, 推导了初始结构计算公式; 通过对口径为1 000 mm、顶点曲率半径为4 000 mm、偏心率为1.05、中心孔为200 mm的凹非球面进行补偿器设计, 完成了原理验证, 优化后系统剩余波像差峰谷值为0.004 2λ.研究结果表明该方法轴向光路长度短, 补偿能力强, 可用于允许部分中心遮拦的大口径、大相对孔径凹非球面检验.
光学设计 折反射式补偿器 三级像差理论 非球面 补偿检验 大口径 大相对孔径 Optical design Catadioptric compensator Third-order aberration theory Aspheric Null test Large aperture Large relative aperture 光子学报
2016, 45(7): 070722002
