基于子孔径拼接技术的大尺寸光学材料均匀性检测系统

为实现大尺寸光学材料折射率均匀性的高精度、低成本检测,提出一种基于子孔径拼接技术的干涉绝对测量方法,并研制了一套由Zygo干涉仪、五维气浮调整平台、子孔径拼接软件、计算机等组成的测量计算系统。待测件安放在精密的五维气浮调整架上,通过移动调整架来对各个子孔径区域进行精密检测,再利用子孔径拼接软件自动拼接计算出全口径待测件的光学均匀性分布。对直径为300mm的石英待测件进行了口径为180mm的8个子孔径拼接检测实验,并将拼接所得结果与全口径干涉仪直接测量的结果进行了分析和比较,波面峰谷值相对误差为0.21%,光学均匀性值相对误差为0.23%,精度与大口径干涉仪直接测量的精度相当,实现了绝对检验下的平面类波前子孔径拼接技术的实用化。整套系统集光、机、电、算于一体,操作简便,测量精度高。     

大口径激光钕玻璃均匀性拼接检测技术

提出了基于600mm口径干涉仪的一维子孔径拼接测量方法,通过像素错位误差模拟分析结果,设计并研制了一维大行程气浮型精密扫描拼接平台,实现了对角线接近1m的大口径激光玻璃的全口径光学均匀性拼接检测,并对该技术的拼接测量精度和重复性进行了验证。结果表明:拼接结果平滑,均匀性拼接测量与直接测量结果的相对误差优于2×10-7,全口径均匀性的重复性优于4×10-8,单口径均匀性测量结果与拼接后相同区域的均匀性结果最大差异为2×10-7。     

基于子孔径拼接原理检测大口径光学元件

 为了实现小口径干涉仪对大口径光学元件的低成本、高分辨力检测,可采用子孔径拼接方法。在对拼接算法进行改进的基础上,开发了拼接检测软件;建立了一套拼接检测系统,开展了大口径平面光学元件的子孔径拼接检测实验研究。利用9个60 mm×60 mm子孔径拼接来检测120 mm×120 mm的光学元件,检测结果表明:峰谷值误差为2.37%,均方根值误差仅为0.27%。     

用短相干光源测量平行平板玻璃的光学均匀性

为了解决传统干涉绝对测量法不能测量前后表面平行度很好的光学玻璃和晶体均匀性问题,提出了在以短相干光为光源的泰曼-格林干涉仪上,通过调整参考光路的光程,使被测样品的前后表面分别处在零光程差位置,这样从样品两面反射回来的光就不会同时满足和参考光相干涉的条件,从而解决了前后面的反射光干涉混叠问题.用虚光栅移相莫尔条纹法处理采集到的干涉图,得到位相数据,代入绝对测量法的计算公式,得出待测样品的折射率分布.对厚度为13 mm、口径为75 mm的光学平板玻璃进行测量.结果表明,光学均匀性检测准确度可达到2.6×10－6,被测样品折射率偏差的峰谷值为Δnpv=6.06×10－6,均方根值为Δnrms=8.96×10－7.     

一种新型的二元光学器件——多位相光束分束器的制作

本文报道了用于多光束分束器的反射式16位相值二元光学器件的制作。该二元光学器件把一束光束分成5×5光束阵列。测量的衍射效率为76.16%,接近理论设计值79.68%。该二元光学器件的有效孔径为10mm×10mm。     

光学玻璃光学均匀性高精度测量技术

高质量的透射光学系统对光学材料的光学均匀性要求非常高 ,材料局部折射率 10 -6 量级的变化就可能破坏整个系统的性能。详细介绍了三种用于测量光学玻璃光学均匀性的干涉法 ,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 :40mm左右厚的光学玻璃材料的光学均匀性检测精度可达 1× 10 -6 。     

子孔径拼接检测非球面时调整误差的补偿

针对在子孔径拼接测量非球面的过程中干涉仪与待测非球面相对位置存在的对准误差,提出了一种基于模式搜索迭代算法的调整误差补偿方法。该方法可以很好地从测量的子孔径相位数据中消除由拼接测量位置没有对准带来的调整误差,实现多个子孔径的精确拼接。对该方法的基本原理和实现步骤进行了分析和研究,建立了子孔径拼接测量的调整误差补偿模型。对口径为230 mm×141 mm的离轴碳化硅非球面反射镜进行了调整误差补偿和相位数据拼接,得到了精确的全口径面形分布。作为验证,对待测非球面进行了零位补偿检测,结果显示两种测试方法的面形PV值和RMS值的相对偏差仅为0.57%和2.74%。     

大口径光学玻璃光学均匀性干涉绝对测量方法

在光学透射材料均匀性测量的各个方法中,干涉测量方法作为绝对测量方法,能摈除干涉仪标准面及待测元件的面形影响,具有很高的测量精度而逐渐被广泛使用。详细研究了使用干涉手段测量透射材料均匀性的方法,对其中材料切割角度所引入的误差进行了详细分析,并提出修正方法。同时研究了测量光学材料均匀性的拼接算法,实验表明：该方法可以实现用小口径干涉仪测量大口径玻璃材料的光学均匀性的目的,而且其测量精度很高。     

光学材料光学不均匀性绝对测量误差分析

绝对测量技术去除了干涉仪参考面面形误差,可实现光学材料光学不均匀性的高精度测量。对现有主要光学材料光学不均匀性绝对检测技术进行了总结比较,针对像素错位、干涉图分辨率、干涉仪测量重复性、样品厚度以及折射率测量等因素对光学不均匀性绝对检测的影响进行了实验分析。实验结果表明:干涉仪重复性是光学不均匀性测量的主要误差。样品翻转测量法、样品直接透射测量法、平行平板样品测量法3种测量方法均可实现光学不均匀性（RMS）10-8检测精度。     

红外光学材料折射率均匀性的测量不确定度评定

基于多样品多型号仪器的测试信息及其GUM和MCM方法,讨论了四步干涉法测量红外光学材料折射率均匀性的测量范围及其测量不确定度评定。红外干涉测量的绝对灵敏度和准确度虽不及可见激光干涉仪,但采用了四步干涉测量的方法,消除了干涉仪的固有系统误差,有利于实现对红外光学材料折射率均匀性的高准确度测量。实际测试表明,该测量范围覆盖110-5～510-3,测量相对标准不确定度为210-1～210-2。     

基于CCD的石英玻璃管壁厚在线检测系统研究

提出了一种用于石英玻璃管壁厚非接触测量的光电检测技术,研制了石英玻璃管壁厚在线检测系统。在确定检测总体方案的基础上,进行了石英玻璃管厚度检测原理、发射光学系统、CCD器件选择和数据处理系统的研究。根据几何光学中反射与折射定律,利用三角关系建立了石英玻璃管壁厚和光束宽度之间的关系。对实验结果进行了误差分析,验证了方案的可行性,系统测量精度优于±0．01mm。系统调试和实际测量结果表明,研制的系统满足在线非接触测量要求。     

椭圆形平面镜的高精度面形重构技术

为了实现大口径椭圆形光学平面镜的高精度面形测量,提升大口径望远镜系统的像质,本文对椭圆形平面反射镜面形的绝对检测算法进行了研究。首先,对椭圆形镜面进行了多项式正交化拟合研究。接着,对绝对检测算法进行了理论研究,利用正交化绝对检测算法可以有效分离参考镜与待测镜的面形误差,从而实现待测椭圆形平面镜面的高精度面形重构。为了证明上述方法的实际检测精度,本文对250 mm×300 mm的椭圆形镜面进行了绝对检测模拟与检测实验。对参考镜面形精度不高的情况进行了仿真计算,实验中利用光阑在Zygo300 mm口径标准平面镜头中选取250 mm×300 mm椭圆形检测区域,采用150 mm口径Zygo干涉仪对上述椭圆形区域完成绝对检测,并基于上述正交化绝对检测算法对椭圆形平面镜实现了面形重构。实验结果表明,利用本文所述方法可以实现参考镜与椭圆形待测镜面的面形误差分离,绝对检测结果的残差图RMS(Root-mean square)值为0.29 nm,证明了本文所述方法的可行性。利用上述方法可以实现椭圆形平面反射镜的高精度面形重构。     

通过改变玻璃厚度研究白光相干性

基于迈克尔逊干涉仪,通过只在单一光路中插入或在两光路中均插入不同厚度的石英玻璃研究了白光干涉的相干性。测量玻璃的折射率以检验所购材料是否合格。     

波片对偏振激光干涉仪非线性误差的影响

利用琼斯矩阵理论,研究了基于偏振移相技术的激光干涉仪中1/4波片和1/2波片的非理想因素导致非线性误差的产生机理和变化规律.理论研究表明:在导致波片处于非理想状态的各个因素中,干涉仪中两个1/4波片的差模延迟角误差Δεq所产生的恒定偏置误差和接收装置中1/4波片的延迟角误差εq3所引起的一次谐波非线性误差,是组成干涉仪非线性误差的最主要的两个部分;波片各种误差源非理想因素导致的非线性误差在小误差情况下经线性叠加后由干涉仪最终输出.     

Symmetrical short-period and high signal-to-noise ratio heterodyne grating interferometer

A symmetrical heterodyne grating interferometer with both a short period and high signal-to-noise ratio is proposed. It possesses good immunity to environmental disturbances and can simultaneously achieve high resolution and stability. The experimental results show that the standard deviation of 24.67 nm can be realized for the long range of 10 mm. The measurement resolution of better than 2 nm is achieved with the theoretical resolution of 12 pm. Additionally, system stability at less than 1.5 nm is obtained in just over 10 min. The measurement errors, including cosine error, nonlinear error and non-common path error, are discussed as well.     

Research on the interference fringe contrast in ground glass shape measurement

To measure the ground glass surface shape, the oblique incidence method applied using a Fizeau interferometer. Interferograms with sufficient contrast values are needed during the measurement. The formula to calculate the fringe contrast in ground glass shape measurement is derived to give an optimum incident angle for the ground glass with different surface roughness. Four specimens grinded by abrasives numbered #400, #700, #1500 and #2000 are measured, using aluminum coated mirror as the reflective flat in the experiment. The minimum incident angles of the four specimens are 83°, 82°, 76° and 75° respectively. The contrast values of the interferograms with the specimens at different incident angles are measured using phase shifting interferometry and the results match the theoretical ones. The oblique incidence method can be used to measure ground glasses grinded by #400 abrasive and finer ones. A sufficient contrast can be achieved with the incident angle slightly greater than the minimum angle.     

偏磷酸根(PO-3)对氟铝酸盐玻璃透光性能影响

在氟铝酸盐玻璃（AMCSBY）中引入Ba(PO3）2替代BaF2,替代公式为10MgF2-20CaF2-(10-x)BaF2-10SrF2-15YF3-35AlF3-xBa(PO3)2(x=,2,4,6,8)。对玻璃进行了差热分析，结果表明，在氟铝酸盐玻璃中引入偏磷酸盐使玻璃形成能力大大提高；测量了玻璃从紫外到红外的透过光谱和紫外吸收光谱，在玻璃中引入偏磷酸钡使玻璃中红外透过能力下降，红外吸收边带移向短波段，玻璃紫外透过能力得到提高。紫外吸收边带移向紫外波段，由于PO3^-的影响，O－H吸收峰由2830nm移到3145nm。