發(fā)布時(shí)間：2020-06-19 14:30

【摘要】：光學(xué)零位干涉測(cè)試是一種相對(duì)測(cè)量方法,已經(jīng)廣泛應(yīng)用在光學(xué)元件的高精度檢測(cè)中。為了消除包括參考面誤差在內(nèi)的系統(tǒng)誤差,進(jìn)一步提升檢測(cè)精度,絕對(duì)檢測(cè)技術(shù)被用于獲得待測(cè)光學(xué)元件的絕對(duì)面形。傳統(tǒng)的三面互檢法等絕對(duì)檢測(cè)方法通常需要對(duì)待測(cè)件進(jìn)行大幅度的翻轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn),給檢測(cè)過程中帶來不可避免的位置匹配誤差,影響測(cè)量精度。為了實(shí)現(xiàn)待測(cè)件面形的絕對(duì)檢測(cè),避免傳統(tǒng)絕對(duì)檢測(cè)方法中待測(cè)件的大幅度移動(dòng)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(xué)面形絕對(duì)檢測(cè)技術(shù),主要研究?jī)?nèi)容如下:針對(duì)傳統(tǒng)平面絕對(duì)面形檢測(cè)中待測(cè)件大幅度移動(dòng)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(cè)量的思想,提出了基于零位干涉的共軛差分平面絕對(duì)檢測(cè)技術(shù),通過對(duì)待測(cè)件進(jìn)行四次亞毫米級(jí)的平移運(yùn)動(dòng),由兩正交方向的共軛位置上的四次測(cè)量結(jié)果得到待測(cè)面在兩個(gè)方向上的差分面形,并通過差分波面復(fù)原算法解算得到待測(cè)面的絕對(duì)面形;待測(cè)件只需要進(jìn)行亞毫米級(jí)的平移,不需要大幅度的翻轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn),從而避免了待測(cè)件的大尺度姿態(tài)變化造成的位置匹配誤差和應(yīng)力形變誤差;相比于差分法,共軛差分法通過共軛位置的測(cè)量,消除了初始位置測(cè)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(yīng)用三種差分波面復(fù)原算法得到的共軛差分法復(fù)原結(jié)果比差分法復(fù)原結(jié)果精度更高;針對(duì)共軛差分干涉測(cè)量中的關(guān)鍵問題如剪切量和算法等進(jìn)行分析,同時(shí)研究實(shí)際測(cè)試過程中幾個(gè)主要誤差源對(duì)共軛差分法的影響;針對(duì)一待測(cè)平面鏡元件,應(yīng)用共軛差分法完成平面光學(xué)元件的絕對(duì)檢測(cè)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,其測(cè)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(duì)將共軛差分法應(yīng)用到非球面面形的絕對(duì)檢測(cè)中所需的待測(cè)件零位干涉條件的問題,利用無旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性的光學(xué)自由曲面待測(cè)件,研究基于CGH(computer generated hologram)的零位補(bǔ)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(jì)與加工,實(shí)現(xiàn)了光學(xué)自由曲面元件的零位干涉檢測(cè);針對(duì)一離軸非球面元件將其經(jīng)過坐標(biāo)變換后作為光學(xué)自由曲面元件來設(shè)計(jì)CGH進(jìn)行零位測(cè)試,測(cè)試結(jié)果顯示,CGH作為零位補(bǔ)償波前變換器件用于光學(xué)自由曲面的零位干涉檢測(cè)的測(cè)量重復(fù)性(root meat square,RMS)優(yōu)于λ/1400,分析測(cè)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(cè)試系統(tǒng)的測(cè)量不確定度(URMS)優(yōu)于λ/70;以O(shè)ffner補(bǔ)償器的測(cè)量結(jié)果作為參考值,進(jìn)行比較,兩者之間偏差(ARMS)優(yōu)于λ/104。針對(duì)應(yīng)用共軛差分法實(shí)現(xiàn)柱面元件的絕對(duì)檢測(cè)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(duì)面形檢測(cè)方法;設(shè)計(jì)并加工了柱面波前變換的CGH,用于柱面的零位干涉測(cè)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(cè)試結(jié)果的Chebyshev多項(xiàng)式擬合系數(shù)關(guān)聯(lián),定量計(jì)算柱面零位干涉中的失調(diào)量,實(shí)現(xiàn)柱面零位干涉測(cè)量中待測(cè)件的輔助裝調(diào),提高柱面干涉測(cè)試過程中的裝調(diào)精度;保持待測(cè)柱面的零位干涉狀態(tài),將待測(cè)柱面分別沿中心線方向平移和繞中心線旋轉(zhuǎn),得到待測(cè)柱面在兩組共軛位置的測(cè)量結(jié)果,應(yīng)用共軛差分得到待測(cè)柱面在兩個(gè)方向上的差分波面,從而通過波面復(fù)原技術(shù)獲得待測(cè)柱面的絕對(duì)面形;針對(duì)一曲率半徑為-100mm的圓柱面鏡,應(yīng)用共軛差分法實(shí)現(xiàn)待測(cè)柱面的絕對(duì)檢測(cè),測(cè)試結(jié)果與輪廓儀測(cè)試結(jié)果作對(duì)比,兩者之間輪廓基本一致,偏差RMS優(yōu)于λ/40。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH74
【圖文】：

原理是只要物波的數(shù)學(xué)模型已知，就能產(chǎn)生實(shí)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(cè)所需的“標(biāo)準(zhǔn)樣板”，即它可以產(chǎn)生想要得到的任意形逡逑狀的波前，對(duì)任意形狀的光學(xué)面形進(jìn)行零位補(bǔ)償干涉測(cè)量，原理如圖１．２所示計(jì)算逡逑全息法最早是由美國(guó)亞利桑那大學(xué)光學(xué)中心的Ａ．Ｊ．Ｍａｃｇｏｖｅｍ和Ｊ．Ｃ．Ｗｙａｎｔ等人提出｜｜９＿逡逑２｜］。隨著計(jì)算機(jī)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(jì)算全息加工己完全可以用于光學(xué)面形的干涉測(cè)量逡逑中，計(jì)算全息技術(shù)也己經(jīng)在非球面元件的檢測(cè)中得到深入的研宄和廣泛的使用，被認(rèn)為逡逑是檢測(cè)非球面元件面形最有效的方法。逡逑參考面逡逑準(zhǔn)直光源邐標(biāo)準(zhǔn)透鏡組逡逑成像透鏡待測(cè)件逡逑空間濾波器一）（一逡逑探測(cè)器邋／邋＼逡逑圖１．２計(jì)算全息零位干涉檢測(cè)非球面原理圖逡逑國(guó)際上美國(guó)的亞利桑那大學(xué)［２７＿３（）１、德國(guó)斯圖加特大學(xué)１３１＿３６１等研究機(jī)構(gòu)以及國(guó)內(nèi)的清逡逑華大學(xué)１３７￥１、長(zhǎng)春光機(jī)所１４＾３］、中科院成都光電所Ｉ４４＃］、南京理工大學(xué)［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�，Ｃ岿o募庸つ芰χ鴆教嶸茫牽鵲募庸ぞ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(yuǎn)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(hào)：2720919