激光束偏转法非球面面形测量和计算

提出了一种综合测量非球面面形的激光束偏转法 ,针对不同类型的非球面 ,共提出了三种方案 :平移法、转动法和平移转动法。该方法可测各种非球面 ,通用性强。并对激光束偏转法中对面形测量精度有极大影响的激光束反射角的测量作了重点介绍。实验结果显示 ,该方法测量精度达到λ/5～λ/10 ,接近干涉法的水平     

基于斜率非球面度的非球面最接近比较球面定义

为了准确表征非球面偏离球面的程度,并适用非球面检测技术,提出了采用斜率非球面来定义非球面最接近比较球面。分析了最小最大斜率非球面度相关与计算全息板的加工难度及非球面检测难度,并有利于减小激光束偏转法的测量误差。根据定义推导了最接近比较球面计算模型,分析了不同比较球面下的斜率非球面度分布、不同非球面的最接近比较球面位置、非球面参数对计算结果的影响及各种非球面度定义下的最接近比较球面。结果表明,不同非球面的最接近比较球面球心为非球面0.85～0.87口径法线与光轴的交点,从而优化了计算过程。定义求得的最接近比较球面不同于现有各种方法,是适应非球面检测需求的。     

非球面数字波面检测技术

提出了一种快速检测浅度非球面（非球面度小于0.01 mm）的方法,该方法无需补偿器或其他辅助光学元件进行零位补偿。用移相干涉仪直接测量正轴或离轴的浅度凹非球面,剔除平移、倾斜、失焦等调整误差后,得到实际被测镜面的面形分布数据;根据正轴或离轴的浅度凹非球面矢高方程计算理想非球面的面形分布数据,得到理论波面数据,用实测的面形分布数据减去理论的面形分布数据即可得到被检非球面的剩余波像差,即面形误差。利用该方法测量了一口径为135 mm的双曲面,并用零位补偿法加以验证。两种方法的检测结果精度相当,说明数字波面法可实际应用于正轴或离轴的浅度凹非球面的检测。     

计算全息检测离轴非球面的离散相位计算

为了设计检测离轴非球面的计算全息图（CGH）,需要对采样点的相位进行计算。通过平移和旋转,将离轴非球面几何中心的法线作为检测光路光轴。在此基础上,采用光线追迹法,对离轴非球面上采样点的相位分布进行了研究,详细推导了离散相位的计算方法,给出了在3维空间坐标系中,离轴非球面上任意一采样点的相位计算公式,并通过计算、对比同一旋转对称非球面的相位分布对该算法进行了验证。结果表明该计算方法正确,且计算精度能够满足CGH的要求。     

基于偏转平移光路的激光束方位自动校准方法及系统

提出了一种基于偏转平移光路的激光束方位校准方法,采用转动与平动相结合的控制机构对激光束进行反馈偏移调节,以实现光路的自动校准及光束方位的稳定性控制。采用两个探测器对光束的方向和位置进行检测,通过简单的校准光路设计,在水平和竖直方向上实现了对光束角度偏移和平行偏移的反馈式分离调节,避免了调节过程中不同偏移量之间的耦合影响。引入的平行偏移控制对光传输距离不敏感,因而有利于提高调节的稳定性和精确性。进一步介绍了基于该方法搭建的光束校准系统,实验结果表明该系统能够实现预期的校准效果。     

非球面光学元件的面形检测技术

介绍了非球面各加工阶段的面形检测技术及其最新进展,重点介绍了非球面精密抛光期的面形检测技术,并对其中的非零位子孔径拼接干涉检测法和部分补偿法进行了详细阐述,提出了适用于大口径、深度非球面面形检测的组合干涉法的概念。概述了近年来受到关注的自由曲面非球面的发展和检测技术现状,展望了非球面检测技术的发展趋势。     

非球面光学元件的面形检测技术

介绍了非球面各加工阶段的面形检测技术及其最新进展,重点介绍了非球面精密抛光期的面形检测技术,并对其中的非零位子孔径拼接干涉检测法和部分补偿法进行了详细阐述,提出了适用于大口径、深度非球面面形检测的组合干涉法的概念。概述了近年来受到关注的自由曲面非球面的发展和检测技术现状,展望了非球面检测技术的发展趋势。     

非球面非零位检测中的回程误差分析与校正

光学测试中常用非零位法来对非球面进行初步检测.由于非零位法偏离了零位条件,导致检测得到的被测非球面面形与其真实面形存在一定程度的偏差(称之为回程误差).分析了非球面非零位检测系统中的回程误差问题,得出了回程误差与被测非球面门径、相对口径以及非球面本身面形误差均紧密相关的结论.针对回程误差的表现形式,提出了有效校正回程误差的方法.计算机仿真及检测实验结果均表明,该方法可以较好地解决非球面非零位检测中的回程误差问题.针对非球面非零位检测中回程误差问题所做的分析以及提出的相应校正方法,有利于非球面非零位法检测精度的提高和系统的广泛应用.     

特大非球面度离轴非球面补偿器结构设计与装调

针对快焦比特大非球面度离轴非球面反射镜,设计了3片式Offner补偿器。为应对3片式补偿器对中心偏差及镜间隔严格的公差要求,设计了相应的补偿器镜筒结构。该结构使透镜中心倾斜及平移调整相分离,实现补偿器的高精度装调。根据中心偏差测量仪的测量结果,2片补偿镜之间倾斜误差4.4″,平移误差3.5 μm, 镜间隔误差3.8 μm;补偿镜组与场镜之间倾斜误差5.3″,平移误差4.2 μm, 镜间隔误差7.2 μm,满足检测使用要求。利用该补偿器及4D动态干涉仪对精抛光阶段的离轴非球面进行检测,面形结果PVq值达到0.135λ,RMS值达到0.019 5λ,优于设计要求。     

大口径光学非球面元件拼接优化及精度验证

针对磨削阶段大口径光学非球面元件拼接测量精度不高的问题,提出一种基于两段拼接的优化算法。首先根据多体系统运动学理论、斜率差值及逆推法建立两段面形轮廓的拼接数学模型;其次针对拼接算法中工件运动量和运动误差对拼接精度的影响,仿真分析了350mm非球面工件的两段拼接。仿真结果表明,随着平移误差增大,拼接误差明显增大,而当控制旋转角度在8°以内、平移量在10mm以内、旋转误差在60′以下及平移误差在3μm以下时,拼接误差的标准偏差值在0.2μm波动;最后利用Taylor Hobson轮廓仪和高精度辅助测量夹具对120mm口径的非球面光学元件进行测量实验并研究工件运动量对拼接测量精度的影响。实验结果表明,当控制平移量在10mm以内和旋转角度在8°以下时,拼接误差的标准偏差值在0.2~0.6μm之间,能满足磨削阶段光学元件亚μm级精度的面形检测要求。     

光学非球面面形拟合方法研究

作者在研制一台高精度检测非球面仪器的过程中,探讨了二次和高次非球面面形方程参数的拟合方法。计算实例表明,线性化拟合法和非线性拟合法较圆满地达到了各种非球面面形拟合精度和实时处理的要求。     

大口径非球面元件磁流变加工稳定性研究

重点分析了非球面元件磁流变加工的动态稳定性影响因素。设计了非球面元件的自动装调定位系统,提高了装调精度。采用一种拟合光栅式加工的新方法来验证其效果,通过测量元件表面形成的直线沟壑深度、宽度波动比例来评价去除的动态稳定性。在400 mm×400 mm口径的方形非球面元件上进行面形收敛验证实验,波长λ为632.8 nm时,加工后的透射波前误差PV值达到0.331λ,低频透射波前梯度误差GRMS值达到了0.008λ/cm。     

非球面复制成型技术的研究

光学非球面复制成型技术是一种通过面形转移的方法成型光学非球面的技术,即将高精度非球面光学元件(母模)的表面利用脱模膜和胶粘剂转移到球面光学元件(基体)的表面上,并保持原非球面光学元件的光学品质,使球面变成非球面。介绍了该技术的基本原理以及所进行的工艺实验(镀膜、脱模、胶合等),给出了母模和复制件的面形图,证明了该技术用于中小口径非球面光学元件的制造具有较高的精度。     

高次非球面光路计算中的两个重要问题

提出在高次非球面的光路计算中运用变曲率的“辅助球面”概念,对某些文献在此方面存在的问题进行分析,提出迭代逼近精度的数值判据及浮动处理方法。     

大口径非球面精磨表面形状检测技术研究

介绍了一种大相对口径非球面精磨阶段面形的测量方法原理及实现其功能的软件设计。利用机械接触式装置 ,通过长导轨及其光栅探头的高度变化来直接测量非球面的矢高 ,并把所测得的三维数据传输给计算机。经数据修正和预处理 ,通过MATLAB软件计算得到整个镜子的面形特征参数。其结果用来指导大口径非球面的精磨加工。     

离轴非球面的加工与检测

非球面的加工需要复杂的操作步骤和操作技能。这里通过对加工离轴非球面的过程，介绍了其加工工艺。在研磨和抛光中采用逼近法，算出各带区的非球面度δ，进而加以修正。叙述了经常产生的几种面形误差的修正方法，及测试中的概略、定性、定量三种测试方法。加工的离轴非球面最终结果是令人满意的。     

主动抛光盘磨制非球面的工艺与面形检测

主动抛光盘技术特别适用于磨制焦比大的深度非球面,能够根据需要对抛光盘面实时地主动变形成偏轴非球面来磨制非球面镜面。它具有较高的磨削速率和较大范围内的自然平滑(无切带)。用计算机控制磨制,可以像加工球面一样来加工一个深度的非球面。介绍了用国内首次研制成功的主动抛光盘对加工直径910mm、焦比F/2的抛物面镜的工艺方法的初步探讨,并给出了抛物面镜的检验方案和检测结果。     

组合非球面太阳能聚光镜的光学设计

提出了一种组合非球面反射型太阳能聚光镜并给出了设计方法。聚光镜由38片非球面组成,每一片非球面都由一组特定系数C,a₂,a₄,a₆,a₈,a₁₀的偶次非球面方程决定,是此特定非球面的一部分。根据非球面方程和光反射定律矢量形式,导出了非球面内壁上太阳反射光束的方向矢量与非球面系数C,a₂,a₄,a₆,a₈,a₁₀的关系,适当地选择这些非球面系数,即适当地调整非球面面型,可以使太阳反射光束具有特定的方向矢量,使入射到非球面内壁上的太阳光束反射后全部聚焦在某一特定的区域内,形成小的光斑。每组特定系数都用粒子群优化算法求得,并经计算机模拟和实验证明其聚焦效果。聚光镜的光束压缩比为330：1,其聚焦光斑可作为一种高温热源,而此聚光镜可以用在太阳能加热装置中。     

高次非球面度的计算方法

简要分析过去沿用的二次曲面和高次非球面的非球面度计算公式存在的缺陷,介绍一种计算非球面度的波像差法,推导计算公式,并给出计算实例。该方法适于计算机编程,可用于任意次非球面度的精确计算。     

光学非球面加工发展概况

本文比较全面地介绍了非球面加工的发展过程,目前数控加工方法的原理和基本过程,以及非球面加工目前的水平和非球面加工的发展趋势。