激光差动共焦干涉元件参数测量方法与技术研究

发布时间：2017-08-01 18:35

  本文关键词：激光差动共焦干涉元件参数测量方法与技术研究

  更多相关文章： 差动共焦 移相干涉 面形 曲率半径 波前畸变 焦距 不确定度评定

【摘要】：球面元件由于其优异的加工性能,在激光核聚变系统、极紫外光刻机、新一代球形惯性仪表等高端系统中仍被广泛应用。但球面元件的检测精度已成为提高球面元件加工精度与质量的技术瓶颈。因此,研究如何改善球面元件测量精度的方法与技术对于提高球面元件制造精度以及激光核聚变系统、极紫外光刻机、新一代球形惯性仪表等高端系统的整体性能具有极其重要的研究价值。本论文在国家重大科学仪器设备开发专项“激光差动共焦扫描成像与检测仪器开发及其应用研究”(编号:2011YQ040136)和国家自然科学基金仪器专款项目“激光差动共焦干涉元件多参数综合测量仪器研制”(编号:61327010)的资助下,开展了针对球面元件参数高精度测量的激光差动共焦干涉元件参数综合测量方法与技术研究,论文主要完成的创新性工作如下:建立了激光差动共焦干涉测量系统的点扩展函数和传递函数理论分析模型,分析了激光差动共焦测量与干涉测量光路的耦合影响因素、像差影响因素、定焦灵敏度影响因素等,为激光差动共焦干涉测量光路及系统的设计与构建提供了理论指导;提出了基于激光差动共焦定焦的差动共焦透镜焦距测量方法,其利用差动共焦定焦原理配合辅助标准平面反射镜实现了对透镜焦点和顶点的精确定位,再采用测长激光干涉仪精确测得焦点和顶点之间的距离,从而实现了透镜焦距的高精度测量,焦距测量相对扩展不确定度达10ppm;提出了一种利用移相干涉面形和波前畸变测量来补偿矫正差动共焦曲率半径和透镜焦距测量结果的方法,该方法利用建立的差动共焦曲率半径和透镜焦距测量传递函数模型,补偿了由测量系统波像差、标准镜波像差和被测件表面面形或波前畸变引入的测量误差,达到亚微米量级的补偿精度;参与研制成功了首台激光差动共焦干涉元件多参数综合测量系统,基于该系统开展了球面面形、球面曲率半径、透镜波前畸变和透镜焦距的测量研究,验证了移相干涉测量系统与差动共焦测量系统兼容的可行性,系统曲率半径和透镜焦距测量相对扩展不确定度均可达到10ppm。
【关键词】：差动共焦 移相干涉 面形 曲率半径 波前畸变 焦距 不确定度评定
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH744.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-28
• 1.1 研究背景11-13
• 1.2 元件参数高精度测量方法及仪器的研究现状13-20
• 1.3 发展趋势及论文研究目的20-26
• 1.3.1 激光差动共焦元件参数测量新方法20-25
• 1.3.2 多参数综合测量仪器25-26
• 1.3.3 论文研究目的26
• 1.4 本论文主要研究内容26-28
• 第2章 激光差动共焦干涉元件参数测量原理28-57
• 2.1 引言28
• 2.2 激光差动共焦干涉元件参数测量原理28-29
• 2.3 激光差动共焦测量系统三维点扩散函数定焦模型及关键参数影响29-37
• 2.3.1 测量系统三维点扩散函数定焦模型30-33
• 2.3.2 定焦灵敏度及点探测器最佳离焦量33-36
• 2.3.3 点探测器针孔的最佳尺度选择36-37
• 2.4 激光差动共焦测量系统传递函数及像差对定焦的影响37-47
• 2.4.1 激光差动共焦测量系统传递函数模型38-40
• 2.4.2 无像差系统的定焦模型分析40-43
• 2.4.3 波像差对差动共焦定焦性能的影响43-47
• 2.4.4 移相干涉测量模块对差动共焦测量模块的影响分析47
• 2.5 移相干涉测量模块47-55
• 2.5.1 移相干涉测量功能实现47-48
• 2.5.2 相位提取算法48-50
• 2.5.3 相位解包裹算法50-52
• 2.5.4 Zernike多项式波面拟合算法52-54
• 2.5.5 差动共焦测量模块对移相干涉测量模块的影响分析54-55
• 2.6 本章小结55-57
• 第3章 激光差动共焦干涉元件参数高精度测量方法57-81
• 3.1 引言57
• 3.2 激光差动共焦干涉球面面形及曲率半径的高精度测量方法57-67
• 3.2.1 移相干涉球面面形高精度测量58-59
• 3.2.2 激光差动共焦曲率半径高精度测量59-60
• 3.2.3 系统像差和球面面形对曲率半径测量的影响及矫正60-67
• 3.3 激光差动共焦干涉透镜波前畸变及焦距的高精度测量方法67-79
• 3.3.1 移相干涉透镜波前畸变高精度测量68-69
• 3.3.2 激光差动共焦透镜焦距高精度测量69-70
• 3.3.3 系统像差和透镜波前畸变对透镜焦距测量的影响及矫正70-79
• 3.4 本章小结79-81
• 第4章 激光差动共焦干涉元件参数综合测量系统的构建81-105
• 4.1 引言81
• 4.2 测量系统构成及工作方式81-87
• 4.2.1 测量系统构成81-83
• 4.2.2 测量系统研制83-84
• 4.2.3 测量系统软件84-87
• 4.3 测量系统和标准镜的波像差标定87-90
• 4.3.1 测量系统波像差W1(ξ,η)的标定88-89
• 4.3.2 标准镜波像差W2(ξ,η)的标定89-90
• 4.4 激光差动共焦干涉元件参数测量的误差源分析90-104
• 4.4.1 移相干涉球面面形测量误差源90-93
• 4.4.2 激光差动共焦曲率半径测量误差源93-99
• 4.4.3 移相干涉透镜波前畸变测量误差源99-101
• 4.4.4 激光差动共焦透镜焦距测量误差源101-104
• 4.5 本章小结104-105
• 第5章 系统性能与元件参数测量实验分析105-133
• 5.1 引言105
• 5.2 测量系统差动共焦定焦性能及移相干涉测量性能测试105-109
• 5.2.1 测量系统差动共焦定焦性能测试105-107
• 5.2.2 测量系统移相干涉测量模块性能测试107-109
• 5.3 球面面形和曲率半径测量实验及不确定度评定109-120
• 5.3.1 凹球面面形和曲率半径测量实验109-115
• 5.3.2 凸球面面形和曲率半径测量实验115-120
• 5.4 透镜波前畸变和焦距测量实验及不确定度评定120-131
• 5.4.1 正透镜波前畸变和焦距测量实验121-126
• 5.4.2 负透镜波前畸变和焦距测量实验126-131
• 5.5 本章小结131-133
• 第6章 结论和展望133-136
• 6.1 工作总结133-134
• 6.2 创新点134
• 6.3 展望134-136
• 参考文献136-143
• 攻读学位期间发表的学术论文143-144
• 攻读博士学位期间授权的发明专利144-145
• 攻读博士学位期间参与的科研项目及获得的奖励145-146
• 致谢146-147
• 作者简介147

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 单宝忠,王淑岩,牛憨笨,刘颂豪;Zernike多项式拟合方法及应用[J];光学精密工程;2002年03期

2 孟庆华;向阳;;高精度测量光学玻璃折射率的新方法[J];光学精密工程;2008年11期

3 惠梅,王东生,李庆祥,邓年茂,徐毓娴;基于离散泊松方程解的相位展开方法[J];光学学报;2003年10期

4 葛双全;马小军;高党忠;;ICF靶丸表面形貌分析[J];核聚变与等离子体物理;2007年04期

5 钱晓凡;饶帆;李兴华;林超;李斌;;精确最小二乘相位解包裹算法[J];中国激光;2012年02期

，

本文编号：605657