基于计算全息光学元件的非球面检测技术应用研究

发布时间：2017-08-10 08:09

  本文关键词：基于计算全息光学元件的非球面检测技术应用研究

  更多相关文章： 计算全息 CGH 非球面检测 装调 位相量化 补偿器 二元光学 衍射光学元件 零位检测

【摘要】：设计和制造高精度和高衍射效率的衍射光学元件是未来光学发展最有前景的方向之一。这些元件具有薄的浮雕位相结构,正在光学检测中发挥越来越重要的作用。在高精度非球面检测时,计算全息光学元件(Computer Generated Hologram,简称CGH,下同)正在为非球面及自由曲面的检测提供新的思路,该方法的基本原理是利用CGH生成理想的非球面波前来实现相位补偿,并与实际的检测波前相干涉来实现非球面面形的高精度检测。论文首先阐述了CGH在非球面检测中应用的最新进展;然后研究了干涉法检测非球面的基本理论以及现阶段在非球面实际检测面形应用广泛的Offner补偿器法原理,并针对一凹非球面主镜(F数为2,口径D=400mm,非球面系数K=-1)给出了Offner补偿器法设计实例。再次,研究了CGH的检测原理;针对应用于非球面检测的CGH是一种分析型衍射光学元件的特征,详细分析了几种可用于表征CGH位相的表达式,并结合具体实例特别介绍了36项泽尼克系数拟合的CGH位相表达式;建立了使用CGH检测非球面的几何光学数学模型,详细分析了CGH加工误差分析模型,提出了降低加工误差敏感性的方案,为CGH位相设计及量化提供指导。随后,论文还对非球面检测用CGH设计方法进行了深入详细的研究,针对同一凹非球面主镜给出了CGH补偿器的设计方法,并通过三种方案的对比给出了CGH的最优化设计;根据CGH位相函数得出了CGH加工过程中的关键指标,评估了CGH元件的加工难度。其次,针对凸非球面与离轴非球面的CGH检测,也给出了设计方案。此外,研究了CGH的制造工艺流程,介绍了衍射光学元件加工的关键尺寸以及加工衍射元件的数据格式。并使用光刻掩模法完成了凹非球面反射镜用CGH实物的制造与表面浮雕结构测试。最后,给出了Offner补偿器与实际设计制造出的一块CGH补偿器测试对比结果,为下一步更深入的研究打下坚实的理论与实践基础。结论表明:CGH用于检测非球面可以达到较高的精度,而且可以完成传统方法无法测量的非球面反射镜及自由曲面反射镜面形的高精度测量。
【关键词】：计算全息 CGH 非球面检测 装调 位相量化 补偿器 二元光学 衍射光学元件 零位检测
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH74
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-31
• 1.1 选题目的及意义11-14
• 1.2 计算全息光学元件(CGH)检测非球面研究发展现状14-25
• 1.2.1 CGH替代传统补偿镜的测试系统14-20
• 1.2.2 CGH对传统补偿器进行标校20-22
• 1.2.3 用球面CGH检测大口径凸非球面22-24
• 1.2.4 使用CGH补偿器测量非典型光学表面面形24-25
• 1.3 CGH专用激光刻写设备最新研制进展25-29
• 1.4 本文主要研究工作29-31
• 第二章 非球面干涉检测与补偿器设计原理31-39
• 2.1 非球面方程与法线像差31-32
• 2.2 表征实际测量时非球面面形指标32-34
• 2.3 Offner补偿器设计原理及实例34-39
• 第三章 计算全息光学元件(CGH)设计原理及误差分析39-61
• 3.1 衍射光学理论分析39-45
• 3.1.1 二元线性光栅模型39-41
• 3.1.2 普通衍射透镜41-44
• 3.1.3 衍射零透镜44-45
• 3.1.4 衍射光线追迹45
• 3.2 非球面检测用CGH理论分析45-50
• 3.2.1 CGH补偿检测非球面镜原理45-46
• 3.2.2 非球面检测用CGH的位相表达式46-50
• 3.3 本论文CGH设计详细数学分析模型50-61
• 3.3.1 设计分析模型50-53
• 3.3.2 加工误差分析模型53-61
• 第四章 CGH补偿器设计实例61-77
• 4.1 同轴凹非球面CGH设计实例61-69
• 4.1.1 凹非球面检测用CGH主全息设计61-68
• 4.1.2 凹非球面检测用定位CGH设计68-69
• 4.2 同轴凸非球面反射镜CGH设计实例69-72
• 4.2.1 将标准平面波转化为与待检凸非球面一致的非球面波69-70
• 4.2.2 在凹球面镜上制作曲面计算全息补偿检测大口径凸非球面70-72
• 4.3 离轴非球面CGH检测元件的设计实例72-77
• 第五章 计算全息光学元件(CGH)的制造与实验77-93
• 5.1 CGH制造的关键临界尺寸77-79
• 5.2 CGH的制造工艺79-81
• 5.2.1 基板测试与清洁79
• 5.2.2 振幅型CGH制作79-80
• 5.2.3 位相型CGH制作80-81
• 5.3 实际制造的CGH基板测试与表面形貌测试81-86
• 5.3.1 基板测试81-82
• 5.3.2 CGH加工实物与表面形貌测试82-86
• 5.4 Offner补偿器与CGH补偿器检测实验对比86-93
• 5.4.1 Offner补偿器检测实验86-89
• 5.4.2 CGH补偿器检测实验89-93
• 第六章 总结与展望93-95
• 6.1 总结93
• 6.2 展望93-95
• 参考文献95-99
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果99

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本文编号：649629