南京理工大学 电子工程与光电技术学院，南京 210094
结合奇偶函数理论，提出了一种基于两平晶三面干涉测量平晶折射率均匀性的方法。该方法通过两块平晶3个表面之间的组合测量，对折射率均匀性引入的误差进行分部求解，生成4个随机波面作为初始3个表面面形和折射率均匀性误差，对其中的均匀性误差复原，结果与初始值仅相差0.6×10-6，残差与平晶表面面形的低频信息无关，仅取决于折射率均匀性本身的旋转不变项。在100 mm口径Zygo干涉仪上完成了两平晶折射率均匀性检测实验。同时通过三平晶透射法对同一块平晶的折射率均匀性进行检测，将两种方法的测量结果进行对比。结果表明两平晶方法获得的折射率均匀性结果与透射法获得的折射率均匀性波面形状相同，指标结果仅相差0.2×10-6，波面偏差峰谷值相差3 nm。分析了影响评估精度的误差项，旋转角度误差与对准误差的影响在实验精度条件下，均方根偏差均小于1 nm。实验结果表明所提出的两平晶三面互检方法能够有效地对平晶的折射率均匀性进行测量。
物理光学 光干涉测量 奇偶函数法 光学均匀性 绝对检测 Physical optics Optic interferometry Odd and even function Optical uniformity Absolute test
1 中国科学院上海应用物理研究所，上海 201800
2 中国科学院上海高等研究院，上海 201210
3 中国科学院大学，北京 100049
随着相干光源的发展，对大尺寸高精度反射镜的表面光滑度要求不断提高。针对X射线使用的高长宽比矩形平面反射镜，发展了一种基于激光干涉平移剪切法的二维绝对检测方法，以单方向多次平移测量取代正交方向的平移测量，推导出多矩阵增广区域法重构算法，获得了高精度矩形平面镜的绝对面形。经过仿真模拟，在不考虑噪声时，得到的绝对面形与初始面形的残差均方根（RMS）为0.03 nm（）；在考虑随机高斯噪声时，重点模拟分析了不同平移次数和平移距离下的面形恢复情况。对120 mm×40 mm的矩形平面镜进行了实验验证，测量恢复的绝对面形与三平板法得到的绝对面形RMS为1.07 nm（）。模拟和实验结果均表明：所提方法可有效地获得高精度矩形平面反射镜的二维绝对面形，且单方向平移也为发展基于绝对检测的多孔径拼接测量奠定了基础。
光学测量 矩形平面镜 绝对检测 单向多次平移法 区域法重构 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2312001
1 中国科学院微电子研究所微电子器件与集成技术重点实验室，北京 100029
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130033
3 中国科学院大学集成电路学院，北京 100049
通过对计算全息图检测非球面的误差进行分析，提出了一种用于计算全息图检测非球面过程中图案位置误差引入的波前误差的标定方法。该方法先设计检测过程中所需要的辅助波前和检测波前在计算全息基板上所对应的相位分布，再通过光场叠加的方式得到复合相位。辅助波前用于计算实际位置与设计位置的偏差，进而计算出位置畸变引起的检测误差，并将其从系统中消除。检测波前用于得到与非球面匹配的波前，进而对非球面面形进行检测，并提出了图案位置误差引入的非球面波前差的计算方法。为评估该方法的可行性，将复合相位所对应的计算全息图导入衍射计算软件中进行仿真，同时得到了平面、球面和非球面各个级次的衍射光斑，证明了该方法的正确性。
光学设计 非球面 复合相位 计算全息 图案位置误差 绝对检测
同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所，先进微结构材料教育部重点实验室，上海市数字光学前沿科学研究基地，上海市全光谱高性能光学薄膜器件与 应用专业技术服务平台，上海200092
极紫外、X射线为微观物质认识、宏观空间探测提供了高精度的观测手段，但这类观测的实现需要大量高精度光学反射元件的支撑。由于极紫外、X射线在光学表面更易发生散射，其光学反射镜基底的精度需求和制作技术也明显区别于长波元件。近年来，同济大学精密光学工程技术研究所建立了极紫外、X射线反射元件基底的超精密加工与检测平台，研发了超光滑非球面的离子束修形技术，提出了基于泽尼克多项式的随机离轴旋转绝对检测方法，形成了极紫外、X射线光学用反射镜基底的高精度全流程研制技术，并将该技术成功地应用于国内和国际短波光学大科学装置中。本文综述了本课题组在极紫外、X射线用反射镜制作领域中的研究进展。
超精密加工 极紫外 X射线 反射镜基底 非球面元件 绝对检测 ultra-precision machining extreme ultraviolet X-ray reflector substrates aspheric surface absolute measurement 光学 精密工程
2022, 30(21): 2688
1 西安工业大学光电工程学院陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室，陕西 西安 710021
2 中国兵器科学研究院宁波分院，浙江 宁波 310022
本文针对共轭平移差分方法中的关键参数进行研究，提出了一种基于逆向优化策略的平移量最优解确定方法。首先对差分逼近精度及信噪比进行研究，建立噪声条件下的平移量与面形重建误差模型；然后将被测面面形估计值和随机噪声引起的面形偏差作为变量，利用差分Zernike算法求解面形重建容许误差下的最佳平移量区间；最后采用商用干涉仪对标准镜进行不同平移量下的面形绝对检测对比实验。实验结果表明：平移量的取值会直接影响面形测量精度，在最佳平移区间内进行面形绝对检测所得结果与传统三面互检方法所得结果基本吻合，证明了所提方法可以有效提高平面光学元件的面形测量精度。
测量 绝对检测 共轭平移差分 干涉测量 Zernike波面重建 中国激光
2022, 49(18): 1804003
1 齐齐哈尔大学 理学院，黑龙江 齐齐哈尔 161000
2 广东省季华实验室，广东 佛山 528200
为了实现大口径椭圆形光学平面镜的高精度面形测量，提升大口径望远镜系统的像质，本文对椭圆形平面反射镜面形的绝对检测算法进行了研究。首先，对椭圆形镜面进行了多项式正交化拟合研究。接着，对绝对检测算法进行了理论研究，利用正交化绝对检测算法可以有效分离参考镜与待测镜的面形误差，从而实现待测椭圆形平面镜面的高精度面形重构。为了证明上述方法的实际检测精度，本文对250 mm×300 mm的椭圆形镜面进行了绝对检测模拟与检测实验。对参考镜面形精度不高的情况进行了仿真计算，实验中利用光阑在Zygo300 mm口径标准平面镜头中选取250 mm×300 mm椭圆形检测区域，采用150 mm口径Zygo干涉仪对上述椭圆形区域完成绝对检测，并基于上述正交化绝对检测算法对椭圆形平面镜实现了面形重构。实验结果表明，利用本文所述方法可以实现参考镜与椭圆形待测镜面的面形误差分离，绝对检测结果的残差图RMS（Root-mean square）值为0.29 nm，证明了本文所述方法的可行性。利用上述方法可以实现椭圆形平面反射镜的高精度面形重构。
干涉检测 绝对检测 正交化 拟合 椭圆形平面镜 interferometry absolute measurement orthogonal fitting elliptical optical flat mirror
1 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710032
2 内蒙古金属材料研究所，浙江 宁波 315103
针对旋转平移法在检测过程中存在偏心误差的问题，提出一种基于三维面形的图像配准偏心误差修正方法。首先采用旋转平移绝对检测法获得旋转0°和旋转180°两个状态下被测镜的面形；然后利用三维面形数据构建相似度函数，实现被测镜面形在0°和180°状态下的配准，从而获得偏心误差。数值仿真计算结果表明，偏心误差修正前，残余面形的峰谷值为7.783 nm，均方根值为0.578 nm；偏心误差修正后，残余面形的峰谷值为0.034 nm，均方根值为0.004 nm。结果表明该修正方法可行，可以有效提高旋转平移法的检测精度，为高精度光学元件面形的绝对检测提供重要参考。
测量 绝对检测 旋转平移 偏心误差 图像配准 激光与光电子学进展
2021, 58(19): 1912001
1 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
2 中国科学院大学，北京 100049
本文提出了一种改进六步翻转法，同时实现平行平板均匀性以及绝对面形的测量，结合相应的稀疏迭代算法，进一步实现高精度的均匀性和绝对面形误差的重构。通过相应的理论分析和实验验证工作，进一步证明了该方法的有效性和达到亚纳米级检测精度的能力。利用本文所提出的方法与传统绝对平面检测方法以及材料均匀性测量方法进行交叉对比，其中绝对平面测量结果之间差异优于1.7 nm RMS，均匀性测量精度差异不超过2.3 nm RMS。实验结果表明了两者具有高度一致性，同时具有较好的重复性，验证了文章提出的方法的准确性。并且根据不确定度分析表明，该方法与传统的透射法相比提高了测量精度。
光学检测 干涉计量 绝对检测 不确定度评估 optical testing interferometry absolute test uncertainty evaluation
1 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
深紫外、极紫外光刻、先进光源等现代光学工程牵引驱动超精密光学技术持续发展, 超精密光学制造要求与之精度相匹配的超高精度检测技术。作为核心技术指标之一的面形精度通常要求达到纳米、深亚纳米甚至几十皮米量级, 超高精度面形干涉检测技术挑战技术极限, 具有重要研究意义和应用价值。本文分析了面形干涉检测技术发展趋势, 主要介绍了中国科学院光电技术研究所近年来在超高精度面形干涉检测技术相关研究进展。
先进光学制造 超精密光学 光学测量 面形检测 干涉检测 绝对检测 advanced optical manufacturing ultra-precision optics optical measurement surface metrology inter-ferometry absolute measurement
