光学偏折子孔径拼接面形检测技术

针对大口径的高斜率动态范围光学元件的测量需求,提出了基于光学偏折技术的子孔径拼接测量方法。利用所搭建的条纹投影光学偏折测量系统,结合子孔径划分拼接方法,对各子孔径分别进行测量,并根据实际测量结果与测量系统模型光线追迹结果的偏差,高精度测得各个子孔径的面形数据,由此对各子孔径进行拼接来实现全口径面形测量。光学偏折测量技术相对干涉法具有很大的测量动态范围和视场,可极大降低所需的子孔径数量,由此大大提高了检测效率。同时提出了针对重叠区域的加权融合算法来实现拼接面形的平滑过渡。为验证所提出方案的可行性,分别进行了仿真分析以及实验验证。对一高斜率反光灯罩进行拼接测量实验,并将拼接测量与全口径测量结果进行对比。结果表明,利用所提出测量方法获得的拼接面形连续光滑,且与全口径测量面形RMS值偏差为0.0957 μm,优于微米量级。该测量具有较高的测量精度和大动态测量范围,并且系统结构简单,为各类复杂光学反射元件提供了一种有效可行的检测方法。     

高复现性面形检测支撑装置研制

为提高面形检测的复现性,研制了一套检测支撑装置,配合高重复性干涉仪实现高复现性的面形检测,对该装置的复现性效果进行了仿真计算和实验验证。利用ANSYS软件仿真分析确定了各向干扰力对面形的影响,同时推导确定不同支撑方案所能实现的复现性。仿真分析结果表明,检测支撑方案最高能够实现均方根(RMS)误差优于30 pm的面形复现性结果。确定了最终检测支撑装置的结构形式,并在高重复性干涉仪上进行了面形复现性测试,测试结果表明,由检测支撑装置引起的面形复现性指标RMS优于70 pm,满足RMS为0.1 nm的复现性设计指标要求。     

基于离散化路径与拼接的高精度光学检测方法

在超精密光学元件制造中,高精度光学检测技术是进一步提升光学加工精度和表征评价光学表面形貌的基础关键。非接触式光学检测方法凭借高效和无损伤检测的特点,取得广泛应用。但外界环境扰动容易对光学检测探针产生影响,降低检测精度。为此,文中提出了一种离散化检测路径与拼接方法,将传统螺旋线路径离散为多圆周和多径向路径,并通过路径间数据的相互拼接,减小了环境扰动误差。分析了离散化检测路径的参数设置,给出了一种均匀化的圆周路径分布策略。最后,基于自行搭建的光学检测平台,进行了环境误差抑制方法的验证实验。相较于抑制前的面形,抑制后的测量相对误差从24.3%降到了4.3%。     

光学玻璃光学均匀性的绝对测量技术

光学玻璃的光学均匀性的测量是制造高质量光学玻璃的保证 ,本文详细介绍了三种用于测量光学玻璃光学均匀性的绝对测量方法 ,并利用其中的一种方法研制了一台高精度光学玻璃材料光学均匀性测量仪 ,实验结果表明其对 40mm左右厚光学玻璃材料的光学均匀性检测精度可达 1× 10 - 6 。     

利用相位恢复波前传感技术检测球面镜面形

为了验证相位恢复波前传感器系统波前检测的能力,搭建了基于相位恢复测量方法的波前传感器检测球面镜面形的实验平台。该平台结构简单,抗震动,可以在对光路不进行任何改变的前提下,利用成像系统上已有的相机对整个光学系统进行在位检测。为了验证相位恢复波前传感器测量方法的准确性,将相位恢复波前传感器测量结果与ZYGO干涉仪测量结果进行比较,实验结果表明在面形误差分布及误差的峰谷值(PV)和方均根值(RMS)上,两者具有极大的相似性,所以利用相位恢复波前传感器技术能有效地检测出球面镜的面形误差。     

干涉法测量光学材料光学非均匀性

为了实现光学材料光学非均匀性的高精度检测,采用将光学材料制成一小楔角(小于0.117°)光学元件并利用菲索干涉法检测其光学非均匀性的方法,对测量过程进行了理论仿真分析和熔石英材料光学非均匀性的实验验证,取得了熔石英材料的光学非均匀性数据,峰谷值为4.33×10-6,均方根值为0.862×10-6,测量准确度优于4.8×...     

一种基于Matlab的非球面光学元件面形参数测试技术

提出了一种接触式轮廓仪测量非球面参数的新方法,该方法通过在传统的二维接触式轮廓仪基础上增加旋转,从而实现了三维测量。为了验证新方法的测量准确性与可行性,文中使用ZYGO干涉仪对旋转对称球面进行检测,与新方法的检测结果加以对比。最后,使用新方法对非球面光学元件的面形参数进行测试,分析结果表明新的测量方法具备较高的测试精度,满足测量要求。     

基于薄膜传感器的化学机械抛光面压力分布检测装置研制及应用

光学元件化学机械抛光（CMP）过程中元件与抛光垫之间接触压力分布是影响元件抛光去除效率和抛光效果的关键因素，但因元件、磨料、抛光垫之间的接触状态较复杂、且不停变化，难以通过仿真计算获得。为了研究确定性抛光去除机理，设计了一套CMP面压力分布在位实时检测装置，将薄膜压阻传感器阵列式布置于抛光垫下，对元件与抛光垫接触面的压力分布展开实时检测，并通过仿真分析抛光垫与元件表面接触压力分布理论模型，与实测结果进行对比。基于自主搭建的实验平台，模拟工况进行研磨实验，并使用基恩士CL-3000激光位移传感器测量抛光垫面形。实验结果表明：随着研磨时间增加，抛光垫面形逐渐平整并接近当前研磨条件下的极限，其标准差由0.2079 mm降低为0.1839 mm，使用压力分布检测装置测得区域压力值标准差第一阶段下降8.2%，第二阶段下降0.2%，工件与抛光垫接触面压力分布逐渐均匀，与抛光垫面形逐渐平整的趋势相对应，证明该装置可以有效检测抛光过程中的压力分布及实时变化。     

用于检测三次位相板的新型零位补偿器的设计

三次位相的波前编码位相板是一种非旋转对称光学元件。对于其面形及整个元件的检测,虽然目前通用的方式还是采用轮廓仪的接触式测量,但采用非接触式的干涉测量,具有快速、简洁、可避免待测元件的面形不受损伤等优点。非接触式的测量方法,可以采用计算全息图进行零位补偿,但计算全息图的制作价格相对较高。我们根据三次位相波前编码板的面形特点,得到一种新型的零位补偿方式,并给出了设计实例,并进行了实验验证,该补偿器全部由球面镜组成,易于加工,且成本较低。     

衍射光学元件制作中的基片涂胶方法

在基片上涂布一层厚度均匀的光刻胶层,是衍射光学元件制作中的一个重要步骤。介绍了目前用于衍射光学元件制作的两种主要涂胶方法———提拉法和旋转法,分析了这两种方法的特点和影响胶层厚度的主要因素,尤其是对其均匀性的影响,并提出了获得均匀胶厚的途径。对于提拉涂胶,选择粘度较高的光刻胶溶液与合适的提拉速度将有助于减小Marangoni流动和Van derWaals力对膜厚均匀性的影响;对于旋转涂胶,可以通过密封基片所在空间,或者通过气流控制器使基片上方空气流动处于层流状态来获得均匀一致的溶剂挥发速率,从而提高胶层的均匀性。     

干涉检测数据抗振动影响的方法研究

在光学元件的抛光阶段,通常采用干涉仪检测光学元件的面形数据,对加工工作提供指导意见。移相干涉术易受环境振动的干扰,获得的波前相位的干涉图信息不完整,难以准确给出光学元件表面的干涉数据。为了利用干涉仪检测数据给出被测光学元件面形上的各点准确数据,采用等精度测量消除随机误差的方法,对多次检测数据求取平均值以获取被测光学元件面形的准确数据。针对一块Φ1200mm口径的圆形光学元件的实验表明这种方法可以较为有效地消除检测中振动因素的影响。     

超外差光学膜厚的精密测量

本文用纵向塞曼双频稳频He-Ne激光器作光源,采用光学超外差技术与相位高精度测量相结合,测量光学膜膜厚.测量灵敏度为0.1nm量级.实验结果与理论分析相符合,并与其它测量方法的测量结果进行了比较.     

用于在线检测的紧凑型多测量模式干涉仪

光学干涉仪由于高精度、全口径、非接触特点在光学元件的检测中具有极其广泛的应用。针对光学元件加工在线检测需要,提出了一种紧凑型的多测量模式瞬态干涉仪。该系统可同时实现单波长激光干涉、多波长激光干涉以及LED干涉显微测量等多种工作模式,以分别满足不同动态范围宏观面形以及表面粗糙度等显微结构的干涉检测。针对在线检测应用中复杂的环境振动影响,系统采用偏振相机来实现瞬态的偏振移相波前检测。为验证系统方案的可行性,对测量系统的主要误差因素进行了分析,并对不同工作模式下的金刚石车削机床在线检测结果与Zygo激光干涉仪和Zygo光学轮廓仪进行了比对实验,同时也利用多波长技术对自由曲面进行了在线检测。结果表明该系统可实现高精度的多测量模式,并且还可以满足大动态范围波前测量要求。该系统结构紧凑,整体尺寸仅为195 mm×160 mm×65 mm,极其适合车削机床的在线安装及检测。同时系统基于瞬态波前检测,具有对环境扰动不敏感的特点,在机床对中工具在线调整以及加工元件等在线检测中具有广泛的应用前景。     

光学元件面形的环路径向剪切干涉检测方法研究

提出了将环路径向剪切干涉(CRSI,Cyclic Radial Shearing Interferometry)术应用于光学元件面形检测的新方法.设计了基于环路径向剪切干涉检测光学元件面形的光路系统.根据环路径向剪切干涉法的波前重建算法,模拟计算了任意波前的重建情况,同时在基于开普勒望远系统的环路径向剪切干涉仪上实际测量了一个已知光学元件的面形.结果表明,文中提出的波前重建算法和采用的光路系统可用于实际光学元件面形的准确检测,系统的重复性也得到了研究.     

计算全息板干涉检测工业镜头凸自由曲面（特邀）

工业镜头元件口径小、数量多、精度要求高,将自由曲面用在镜头凸面上会导致面形复杂、偏离量大,对表面面形检测提出了很高的挑战。提出了基于计算全息板（Computer-Generated-Hologram, CGH）的干涉检测方法,并利用Zemax对光路进行优化设计,建立了镜头装夹误差对检测结果的影响分析模型,提出了镜头高精度干涉检测方案,并结合实验验证了分析模型和检测方案的可靠性。实验结果表明:利用CGH可实现凸自由曲面工业镜头的全口径干涉检测,检测结果为0.57 μm PV （满足镜头检测需求）,并结合轮廓仪对比验证了干涉测量的可靠性。     

基于包-全法的红外滤光片光学参数测量方法

为了研究准确性更高的复杂多层膜光学参数测量方法,测量实际镀制红外带通滤光片的光学参数,对红外滤光片研制过程的设计优化与工艺的改进具有重要的指导作用。首先,在研究传统薄膜光学参数光谱测量方法的基础上,提出了包-全法,并研究了该方法的基本思想、物理模型以及优化算法;其次,设计制备了2 000~8 000 nm谱段内膜料单层膜和高透射率、宽截止中波带通红外滤光片,通过对比测量单层膜光学参数反演计算光谱与实测光谱的差异,验证了包-全法测量膜料单层膜光学参数的准确度及有效性,依据测量结果确定了膜料色散关系,甄别了膜层工艺的优劣;最后,采用包-全法与全光谱拟合反演法对红外滤光片的光学参数作了对比测量验证。结果证明:该方法能够准确测量红外滤光片的光学参数,测量结果可用于指导修正设计与工艺之间的匹配性,进而研制了性能更好的红外滤光片。     

基于多光谱技术的光学元件表面疵病检测

为实现对光学元件表面疵病的精确测量和计数,提出了一种基于多光谱技术的光学元件表面疵病检测方法,该方法采用不同波长的入射光源均匀照明光学元件表面,通过暗场显微成像系统获得不同波长下的表面疵病图像。基于该方法研制了多光谱光学元件表面疵病检测系统,获得了365,405,436,486,550nm单波长光以及白光照明条件下光学样品表面疵病和标准样品图形的检测实验结果。实验结果表明,相比传统的白光照明检测技术,多光谱检测技术根据不同的材料性质选用不同波长的光作为入射光源,可以明显提高系统对光学元件表面疵病的检测能力,不仅可以提高测量精度,而且可以获取白光照明下无法检测到的疵病信息。     

环形抛光中方形元件塌角控制方法的理论分析

全口径环形抛光中方形元件的材料去除率存在从中心到边角位置越来越大的现象,致使抛光工件出现塌角的面形,影响了方形光学元件的面形质量。基于Preston方程,通过改变元件的多种运动轨迹,计算了方形光学元件全口径的材料去除率分布。通过分析发现:使方形光学元件在保持原有自转的同时沿抛光模径向或与径向有一定夹角的方向摆动,且附加在元件整个抛光面上的运动速度保持一致时,可使方形元件的材料去除率分布得更均匀。通过附加这种运动方式可以有效控制方形元件的塌角现象。     

制备工艺对厚膜SnO_2气敏元件性能的影响

采用平面丝网印刷技术制备不同厚度的 Sn O2 厚膜气敏试样 ,在不同温度下进行热处理后 ,测量试样对乙醇气体的灵敏度 ,研究热处理温度及敏感膜厚度等对元件性能的影响。结果表明 ,热处理温度和膜厚的均匀性会影响元件的电阻值和灵敏度 ,准确控制热处理温度和膜厚能显著改善元件的灵敏度和一致性。     

高精度曲率半径测量研究

由于影响曲率半径测量精度的因素众多,因此高精度曲率半径测量一直是光学检测中的难题之一。为了实现球面光学元件曲率半径的高精度测量,提出通过环境补偿和提高对准精度的方法来减小测量误差。首先从理论的角度分析了影响曲率半径检测精度的主要因素,并给出了在曲率半径测量过程中减小测量误差的方法以及相应的补偿方式。基于此分析,在高精度实验室中采用菲佐干涉仪结合高精度测长干涉仪的干涉测量方式,分别对典型的凸球面和凹球面光学元件进行了曲率半径检测。实验结果表明:通过环境补偿和提高对准精度的方法,曲率半径检测的复现性优于0.2μm,实际测得的相对误差分别为0.67×10~(-6)(2σ)和0.60×10~(-6)(2σ),实现了高精度曲率半径测量。