透射非球面计算全息检测技术的研究

为了对透射型非球面镜的面形进行有效测量,提出采用计算全息干涉测量技术,用马赫-泽德干涉仪进行透射非球面镜测量,分析并推导了检测非球面用的计算全息的相位函数,并用Zernike多项式拟合计算全息,直接给出计算全息干涉图样,最后用ZEMAX光学设计软件对整个光学测量系统进行仿真分析与测试．仿真结果与实际的测量结果对比表明,用本文的方法可以对非球面透镜进行高精确度、低成本的测量．     

超大口径凹非球面反射镜的动态干涉测量技术

为了克服超长光路造成的振动和大气扰动的影响,采用动态干涉测量结合补偿法进行超大口径凹非球面的精密检测.通过分析超大口径凹非球面反射镜检测的难点,采用动态干涉仪克服检测中振动和大气扰动,并利用Zemax光学设计软件,以口径3.5m的凹非球面反射镜为例设计了干涉补偿光路.误差分析结果表明,采用动态干涉仪和补偿法进行超大口径凹非球面反射镜面形检测,不仅可以克服振动和大气扰动的影响,还能达到λ/90以上的检测精度.     

利用ZYGO干涉仪进行非球面检测技术研究

为了能够利用ZYGO数字干涉仪检测大口径深度高次非球面,提出了一种新的波前补偿方法,即透镜补偿与计算全息相结合．通过设计实例表明,对于相对孔径为1：1．08的大口径深度高次非球面,利用简单的2片式透镜补偿器、并与计算全息的-1级衍射波相结合,系统的波前残余误差的均方根(RMS)值可以控制在0．01λ以内．结果表明,该检测方法具有通用性强,测量精度高等特点,较好的克服了以往各种检测方法的局限性．     

浸液干涉法测量非球面面形

将浸有被测非球面透镜的液槽置于泰曼干涉仪的测试光路中,调整液体的折射率以改变通过被测件各点光线的光程差,使出现干涉条纹。干涉条纹的高差当量由一般干涉测试的λ/2变为λ/2(n_0-n),即可在一般的干涉仪上测量深度非球面。因此该方法是一种非常简便、实用的测量非球面的新方法。本文叙述了该方法的测量原理、测定精度、适用范围,并给出一个测量实例。     

非球面面形检测的特征干涉图数字分析法

对干涉图的数字分析法进行了研究,首先,利用动态条纹扫描技术对干涉图进行数字分析,然后与理论计算结果相比较,从而获得面形误差数据,最后在改进型ＳＰＧ－Ⅱ型激光数字波面干涉仪上进行实测验证,表明其测量精度可达λ／２０（ＰＶ）,对非球面度较小的非球面面形,其检测可通过直接利用标准球面镜作为参考表面在干涉仪上获得“非球面特征干涉图”来实现。     

光纤白光应变测量系统的被动式温度补偿方法与实验研究

提出了一种应用于光纤白光干涉测量系统的温度补偿方法,在白光干涉测试光路、光程解调部分的温度屏蔽和隔离的前提下,采用多路温度传感器对光纤光路、光程匹配光纤、解调机箱内的温度进行实时监测,建立线性回归温度补偿模型,实现测量系统的温度补偿.实验研究表明:解调系统主要受光路温度、匹配光纤温度和机箱内部温度的影响,利用该补偿方法可以有效地降低温度对系统测量结果的影响,补偿后温度对测量结果的影响降低为原来的1/16.     

非球面部分补偿检测系统的误差分析与处理

为了实现非球面通用化、高精度检测,提出非球面部分补偿法,并进行误差分析与处理.在光学设计软件ZEMAX中对部分补偿检测系统进行系统建模并优化,分析器件姿态误差及装调精度对重构非球面面形的影响.通过对系统误差的分析,提出基于系统建模的光线追迹与误差存储相结合的系统误差处理方法,将系统误差归为由系统建模得到检测光路的误差和由误差存储得到不含检测光路的干涉仪系统的误差.通过计算机仿真及实验证明,部分补偿检测系统采用该误差处理方法去除系统误差后,可以由逆向迭代优化重构(ROR)技术重构出更精确的非球面面形.将该非球面面形与采用无像差点法得到的面形对比,结果较吻合,均方根(RMS)精度接近0.02λ(λ为波长).     

旋转载体上空气非均匀性对干涉测量影响的研究

分析了旋转载体上离心力产生的干涉测量光路中空气介质压强的不均匀性变化,给出了干涉光路介质折射率相应的分布规律,研究了由此产生的干涉测量系统动态测量的示值偏差．据此分析计算的结果可用于测量结果的精密修正,为精密离心机及类似的旋转载体上的动态干涉测量系统的分析设计提供了理论依据．     

非球面的光学测试技术

介绍非球面及其相关知识，讨论了非球面光学检测的研究现状．按照测量原理的不同，对干涉法、阴影法、激光扫描法等几类典型的非球面测试技术进行了分析．通过比较各种方法的优缺点和适用范围，提出了在线检测小型非球面的研究方向．     

基于数字全息的三维面形测试

三维面形测量一直是质量检测和逆向工程等领域的重要研究课题。基于双曝光数字全息干涉术的原理,设计了数字全息记录测试装置,实现了三维面形的非接触测量;基于双光源法,在物光路采用垂直光轴方向移动透镜的方法,代替了直接倾斜反射镜改变照明光束倾角的方法,实现了对物体面形的不同灵敏度测量。基于相移干涉术的原理,实现了四步数字相移法,省去了压电位移器、位相控制器等硬件,简化了装置,从而实现了数字全息三维面形测试。实验表明,该方法操作简单,测量精度高,并且简化了测试光学系统,其在照明光束角度改变量Δβ=0.0382°时的精度可以达到2μm。     

Use of Virtual Medium in Designing of the CGH Wave Front Generator for Aspheric Testing

Design method and procedures of computer-generated hologram (CGH) used for aspheric test are introduced in detail. For CGH phase calculation, virtual medium which has zero refractive index at given wavelength is used to model ideal aspheric wavefront. Reflective Fresnel zones located in a ring area concentric to the CGH structure is designed to reduce or eliminate alignment errors. Substrate figure error, pattern distortion, etching and duty cycle variations that influence the reconstructed wavefront are quantitatively analyzed in theory and corresponding error equations are obtained to guide the tolerance distribution during CGH fabricating. A design example is given and the uncertainty of measurement achieves λ/20.     

应力盘面形变化量与驱动器策动力间的多元统计模型

为了保证应力盘与非球面光学元件在不同位置上实时吻合研磨,将回归分析法应用于应力盘盘面面形变化量与驱动器策动力间变化规律的分析,建立磨盘面形变化量关于驱动器策动力的多元回归分析模型。该模型将分别以面形变化、策动力为因变量和自变量建立多元回归分析模型,并根据最小二乘原理求得回归方程系数,从而对于任意的驱动器策动力可以快速地求得与其对应的磨盘面形变化量。此外,还建立了驱动器策动力关于磨盘面形变化量的多元回归分析模型,对任意目标曲面可以快速求得与其对应的各驱动器策动力大小。这两个模型互逆,建模过程类似,能实时地为能动磨盘控制系统提供合理的输入。针对有效变形口径为420 mm,包含12个驱动器和60个微位移阵列传感器的能动磨盘,建立的应力盘面形变化量与驱动器策动力间的多元回归分析模型计算结果与试验值极为接近,验证了模型的精确性和可行性。     

非球面非零位拼接测量的对准误差模型

为消除非零位拼接检测非球面中对准误差对拼接结果的影响,建立了基于对准误差修正的优化拼接模型;在非零位检测非球面对准误差模型的基础上,分析对准误差各误差分量的表现形式及影响规律,并建立了基于对准误差补偿的拼接检测非球面的数学模型,实现子孔径的高精度拼接合成。实验表明,该方法可以有效地提高拼接测量精度,经过对准误差校正的拼接测量结果的PV值精度可达0.03λ。     

非球面光学系统的光路计算方法与编程实现

针对非球面光学系统的复杂性,给出了一种有效的光路计算方法,并导出了光路计算的通用公式和符号规则。该方法首先以光线与过折射面顶点的切平面的交点为起点,采取步进逼近的方法确定入射点在光线上的位置区间;然后利用二分法在该区间内高精度求解入射点的坐标。可高精度求得入射点法线和折射光线方位,并计算出累积光程和系统透过率。基于该方法编制的光路计算程序已应用于OCT(光学层析成像)系统的仿真研究,其计算精度和效率得到了验证。     

非球面镜超光滑加工控制软件的研究

根据非球面光学元件超光滑加工工艺的要求,研究并实现了非球面镜超光滑数控加工的磨头控制算法。首先,从加工的角度分析了软件的功能要求,提出了软件的整体结构以及路径规划及后置处理模块的处理流程;然后,研究了回转对称非球面的母线离散算法,并在此基础上研究了非球面母线的双圆弧拟合算法。针对超光滑机床的机械结构,给出了其后置处理算法;最后,利用所述的控制算法在VC＋＋环境下开发了超光滑加工控制软件,并成功应用于超光滑数控加工。     

一种新型光学非球面──渐开非球面

本文推导了一种新型光学非球面──渐开非球面的一般方程式。并分析介绍了它的几何特性、象差特性和工艺特性。它在光学系统中有良好的实用价值。     

切线回转法加工非球面光学零件运动轨迹研究

论述了切线回转法加工非球面光学零件运动轨迹的形成;给出了非球面光学零件子午剖面曲线方程和计算基于切线回转法加工非球面光学零件运动轨迹的实现方法,并给出了三轴联动系统中各轴的运动轨迹方程,为切线回转法原理在加工非球面光学零件装备的实现提供了依据．