[發(fā)明專利]一種基于聯(lián)合探測(cè)和相位擬合的波前檢測(cè)儀

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710443940.1
• 申請(qǐng)日: 2017-06-13
• 公開（公告）號(hào): CN107167299B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬曉燠;饒長(zhǎng)輝;鮑華;饒學(xué)軍;楊金生
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G01M11/02
• 分類號(hào): G01M11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于聯(lián)合探測(cè)和相位擬合的波前檢測(cè)儀，其特征在于：包括哈特曼波前傳感器(4)、相位差波前傳感器(5)、波前復(fù)原控制器(6)和波前擬合器(2)；通過第一光路將哈特曼波前傳感器(4)、波前復(fù)原控制器(6)和波前擬合器(2)依次連接，形成第一檢測(cè)鏈路；通過第二光路將相位差波前傳感器(5)、波前復(fù)原控制器(6)和波前擬合器(2)依次連接，形成第二檢測(cè)鏈路；該波前檢測(cè)儀分為三步工作：

第一步：利用哈特曼波前傳感器(4)具備大動(dòng)態(tài)范圍檢測(cè)波前的特性，對(duì)被測(cè)波前(1)進(jìn)行波前檢測(cè)，波前復(fù)原控制器(6)根據(jù)哈特曼波前傳感器(4)對(duì)被測(cè)波前(1)檢測(cè)的結(jié)果控制波前擬合器(2)進(jìn)行空間迭代擬合處理，以使得波前擬合器(2)處理得到的第一擬合殘差(3)等于第一穩(wěn)定值的第一穩(wěn)定擬合面(8)；

第二步：利用相位差波前傳感器(5)具有高精度檢測(cè)小波前誤差的特性，對(duì)被測(cè)波前(1)和第一穩(wěn)定擬合面(8)疊加后的第一擬合殘差(3)進(jìn)行波前檢測(cè)；波前復(fù)原控制器(6)根據(jù)相位差波前傳感器(5)對(duì)第一擬合殘差(3)檢測(cè)的結(jié)果控制波前擬合器(2)進(jìn)行空間迭代擬合處理，以使得波前擬合器(2)處理得到的第二擬合殘差(7)等于第二穩(wěn)定值的第二穩(wěn)定擬合面(9)；

第三步：波前復(fù)原控制器(6)對(duì)第二穩(wěn)定擬合面(9)進(jìn)行取反處理，從而實(shí)現(xiàn)大動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)高精度檢測(cè)被測(cè)波前(1)；

只采用單套儀器就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)從主鏡細(xì)磨到拋光再到精度提升的整個(gè)過程進(jìn)行全面檢測(cè)，滿足大口徑主鏡加工的需求，點(diǎn)源激光器出射光經(jīng)透鏡準(zhǔn)直后形成平行光，平行光經(jīng)起偏器后形成線偏振光入射到被側(cè)面上，被側(cè)面的反射波前經(jīng)波前擬合器反射后分別進(jìn)入哈特曼波前傳感器和相位差波前傳感器中，其中，通過兩套共軛面匹配單元使得被測(cè)面、波前擬合器、哈特曼波前傳感器和相位差波前傳感器處的波前均處與共軛位置；

哈特曼波前傳感器的測(cè)量范圍根據(jù)系統(tǒng)的需求設(shè)計(jì)，但是哈特曼波前傳感器的測(cè)量誤差會(huì)隨著波前測(cè)量范圍的增大而增大，因此哈特曼波前傳感器作為保證系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍的第一級(jí)使用；而相位差波前傳感器雖然受限于動(dòng)態(tài)范圍，但由于其采集的數(shù)據(jù)中所包含的較多信息量，具有較高的探測(cè)靈敏度和精度，其測(cè)量精度可以達(dá)到λ/100以上；

該波前檢測(cè)儀工作分為標(biāo)定階段和測(cè)量階段，其中，標(biāo)定階段主要是標(biāo)定系統(tǒng)參數(shù)和系統(tǒng)像差；而測(cè)量階段是在標(biāo)定的基礎(chǔ)上完成被測(cè)件面型的測(cè)量；

標(biāo)定階段分為兩步：

第一步標(biāo)定系統(tǒng)參數(shù)：通過絕對(duì)球面波標(biāo)定的方法，對(duì)哈特曼傳感器的物理參數(shù)進(jìn)行標(biāo)校，其基本原理是通過點(diǎn)光源產(chǎn)生理想的球面波，并且通過哈特曼傳感器對(duì)該點(diǎn)光源產(chǎn)生的球面波進(jìn)行測(cè)量，而后移動(dòng)點(diǎn)光源的位置，產(chǎn)生多組不同曲率半徑的球面波并被哈特曼傳感器測(cè)量，通過對(duì)比多次的測(cè)量結(jié)果，獲得哈特曼傳感器的物理參數(shù)；

第二步標(biāo)定系統(tǒng)像差：在被測(cè)件處安放一高精度平面鏡，面型精度優(yōu)于λ/50，此時(shí)進(jìn)入哈特曼波前傳感器和相位差傳感器的波前即為系統(tǒng)固有像差，波前控制器首先讀取哈特曼波前傳感器探測(cè)得到的波前誤差數(shù)據(jù)，通過控制運(yùn)算后，加載到波前擬合器上形成共軛像差從而校正系統(tǒng)像差，此時(shí)，哈特曼波前傳感器處測(cè)量得到的系統(tǒng)像差殘差會(huì)逐步減小，當(dāng)殘差降低到哈特曼波前傳感器的測(cè)量精度附近時(shí)，波前控制器開始讀取相位差波前傳感器輸出的波前誤差數(shù)據(jù)，進(jìn)一步控制波前擬合器校正系統(tǒng)像差直到相位差波前傳感器的精度極限，記下此時(shí)波前控制器控制參數(shù)就可以反算出系統(tǒng)像差采用絕對(duì)標(biāo)校的方法可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)固有像差的測(cè)量精度；

測(cè)量階段：測(cè)量階段與標(biāo)定階段相類似，只是需要將高精度平面鏡替換為被測(cè)件，被測(cè)件的面型誤差會(huì)直接導(dǎo)入系統(tǒng)中，系統(tǒng)同樣分別采用哈特曼波前傳感器和相位差波前傳感器輸出的波前信號(hào)控制波前擬合器直到精度極限，通過對(duì)波前控制器控制參數(shù)就可以反算出測(cè)量像差根據(jù)波前相位疊加的原理，可以得到被測(cè)件的面型為