[發(fā)明專利]基于散斑場相位恢復(fù)的復(fù)雜光學(xué)曲面面形誤差檢測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010973974.3
• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN112097681A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何宇航;劉旭;劉勇;柴立群
• 申請（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01M11/02
• 代理公司: 北京慕達(dá)星云知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 曹鵬飛

1.基于散斑場相位恢復(fù)的復(fù)雜光學(xué)曲面面形誤差檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、基于軸向多光斑探測的復(fù)雜光學(xué)曲面面形誤差檢測光路，在CCD與分光鏡之間沿光軸方向依次設(shè)置準(zhǔn)直透鏡、成像透鏡和隨機(jī)振幅掩膜板，構(gòu)成以平面為基底的復(fù)雜光學(xué)曲面檢測系統(tǒng)；

S2、將被測元件與所述隨機(jī)振幅掩膜板由望遠(yuǎn)成像系統(tǒng)形成物像共軛關(guān)系，使得所述隨機(jī)振幅掩膜板處的波前相位映射到所述被測元件的波前相位；所述望遠(yuǎn)系統(tǒng)由所述準(zhǔn)直透鏡和所述成像透鏡組成；

S3、經(jīng)過所述隨機(jī)振幅掩膜板后的衍射光場強(qiáng)度被所述CCD在沿光軸方向上的多個(gè)位置采樣，獲得多幅散斑圖案；

S4、對所述散斑圖案采用預(yù)設(shè)的波前重構(gòu)算法處理，獲得隨機(jī)振幅掩膜板處的波前；

S5、根據(jù)所述隨機(jī)振幅掩膜板處的波前以及所述物像共軛關(guān)系，獲得所述被測元件的波前相位，得到所述被測元件的波面誤差和面形誤差。

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述步驟S1替換為如下步驟：

基于軸向多光斑探測的復(fù)雜光學(xué)曲面面形誤差檢測光路，在CCD與分光鏡之間沿光軸方向依次設(shè)置準(zhǔn)直透鏡、成像透鏡和隨機(jī)振幅掩膜板，并在被測元件與準(zhǔn)直透鏡之間沿光軸方向增加球面鏡頭，構(gòu)成以球面為基底的復(fù)雜光學(xué)曲面檢測系統(tǒng)。

3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述復(fù)雜光學(xué)曲面檢測系統(tǒng)，具備以下條件：

第一，CCD靶面尺寸需在距離所述隨機(jī)振幅掩膜板處最遠(yuǎn)的一個(gè)探測平面處完全接收光場強(qiáng)度信息，推導(dǎo)元件面形與標(biāo)準(zhǔn)平面或球面偏差的梯度應(yīng)滿足：

公式(1)中，S₀為元件面形與標(biāo)準(zhǔn)平面或球面偏差的梯度；N為CCD像素單元的個(gè)數(shù)；d_ξ為像素單元尺寸；D_i為成像面尺寸；L_max為光斑采集平面與所述振幅掩膜板的最遠(yuǎn)距離；f_o、f_i分別為準(zhǔn)直透鏡和成像透鏡的焦距；

第二，CCD對光場的采樣頻率不小于光學(xué)系統(tǒng)截止頻率的兩倍，推導(dǎo)得：

公式(2)中，λ為光波波長；

第三，準(zhǔn)直透鏡和成像透鏡完全接收光場信息，尺寸應(yīng)該滿足：

D_co＞4d_oS_o+D_o (3)

公式(3)和(4)中，D_co、D_im分別為準(zhǔn)直透鏡和成像透鏡的直徑，d_o為被測元件離準(zhǔn)直透鏡主面的距離，d_i為隨機(jī)振幅掩膜板離成像透鏡主面的距離，D_o為元件尺寸。

4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述隨機(jī)振幅掩膜板的振幅透過率為50％或100％兩個(gè)值隨機(jī)變化的矩陣分布。

5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述隨機(jī)振幅掩膜板的制作方式為：

在玻璃片基上鍍制預(yù)設(shè)厚度的鉻膜；所述預(yù)設(shè)厚度與光波振幅透過率50％相對應(yīng)；

采用光刻方式，經(jīng)掩膜制作、圖形曝光、顯影、圖形刻蝕和光刻膠清除步驟，將設(shè)計(jì)的隨機(jī)二元分布圖案刻蝕到薄膜上。

6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S4包括：

S41、初始化第一探測平面的波前為j為虛數(shù)符號；I₁為CCD探測到的波前強(qiáng)度信息；取值為0，表示波前的等相位面為平面；

S42、利用光波衍射的角譜公式計(jì)算得到第二探測平面的波前，記為所述波前強(qiáng)度信息被CCD探測到的強(qiáng)度取代，保持相位不變，記為

S43、光波陸續(xù)傳輸?shù)礁鱾€(gè)探測平面，由衍射傳輸公式獲得各自的波前后，強(qiáng)度信息和相位信息作與步驟S42相同的處理；由最后一個(gè)探測平面逆衍射傳輸至第一探測平面；

S44、計(jì)算波前振幅誤差，當(dāng)其小于預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí)，進(jìn)入步驟S45；否則第一探測平面的波前強(qiáng)度信息被CCD探測到的實(shí)際強(qiáng)度取代，相位保持不變，跳回到步驟S42繼續(xù)執(zhí)行；振幅誤差表達(dá)為：

公式(5)中，k為探測平面的序號，Q為探測平面總的個(gè)數(shù)，n為迭代次數(shù)，為經(jīng)過n次迭代后計(jì)算獲得的第k個(gè)探測平面的波前振幅；

S45、由第一探測平面逆衍射傳輸至隨機(jī)振幅掩模板處，獲得其波前。