[發(fā)明專利]用于自由曲面干涉檢測的自適應(yīng)補償環(huán)形腔裝置與方法

有效

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• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN113028981B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張磊;吳金靈;劉仁虎;俞本立
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽大學(xué)
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02;G01B9/02017;G01B9/02001;G01B9/02055
• 代理公司: 合肥云道爾知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 34230
• 代理人: 閆興貴

本發(fā)明公開了及一種用于自由曲面干涉檢測的自適應(yīng)補償環(huán)形腔裝置與方法，屬于光學(xué)檢測領(lǐng)域，包括偏振干涉系統(tǒng)(L1)、自適應(yīng)補償環(huán)形腔系統(tǒng)(L2)、部分零位補償鏡(L3)和被測自由曲面(L4)。本發(fā)明利用自適應(yīng)光學(xué)元件可變形反射鏡設(shè)計出一種環(huán)形腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行像差補償，隨著光束在環(huán)形腔內(nèi)的多次循環(huán)反射，像差補償量擴(kuò)大到單一DM補償范圍的4倍，實現(xiàn)僅使用一個DM達(dá)到雙DM級聯(lián)的像差補償范圍，并且無需增加DM監(jiān)測負(fù)載和解耦操作，因此，干涉儀檢測的動態(tài)范圍以低成本的方式增加了一倍。自由曲面面形檢測和DM表面監(jiān)測采用可旋偏振片進(jìn)行控制，無需任何輔助設(shè)備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)檢測領(lǐng)域，具體涉及一種用于自由曲面干涉檢測的自適應(yīng)補償環(huán)形腔裝置與方法。

背景技術(shù)

光學(xué)檢測是實現(xiàn)光學(xué)自由曲面廣泛應(yīng)用的一個重大挑戰(zhàn)。根據(jù)平面、球面和非球面的測量經(jīng)驗，干涉法已成為高精度自由曲面測量的首選方法。當(dāng)然，首要解決的問題是在非球面干涉儀中設(shè)計出系統(tǒng)固有像差校正的補償器。對于非球面，在過去的幾十年里，人們設(shè)計出各種靜態(tài)補償器，如Offner補償器，Dall補償器，借助計算機生成計算全息圖(Computer-generated hologram，CGH)等。也研究了具有一定動態(tài)范圍的補償器，如部分零位補償器和可移動折射非球面零位鏡。然而，由于自由曲面的旋轉(zhuǎn)非對稱(Rotationalnon-symmetric，RNS)像差，使得補償器的設(shè)計十分困難。在上述補償技術(shù)中，只有CGH容易適用于RNS表面。然而當(dāng)自由曲面面形誤差較大時，靜態(tài)零位補償技術(shù)(如CGH)的補償效果就會很差。并且在自由曲面加工階段，其面形處于持續(xù)變化中，難以獲得標(biāo)稱面形參數(shù)，傳統(tǒng)的靜態(tài)CGH補償器由于其一對一的特性很難適應(yīng)該階段自由曲面的原位檢測。因此，若干大動態(tài)范圍的像差補償器被陸續(xù)提出。近年來，在自由曲面干涉儀中應(yīng)用了一些自適應(yīng)光學(xué)元件，如空間光調(diào)制器(Spatial light modulator，SLM)和DM，它們可以產(chǎn)生各種波前像差。已有實驗驗證了基于SLM和DM干涉儀的自由曲面高精度檢測。然而，目前SLM的像差校正能力有限。雖然設(shè)計了能夠檢測自由曲面偏離度達(dá)150μm的SLM干涉儀，但目前還沒有相關(guān)的實驗報道。目前報道的對于非旋轉(zhuǎn)對稱偏離的最大測量范圍約20μm 峰谷（Peak tovalley，PV）值。因此，SLM在精度和靈活性方面的性能有待進(jìn)一步提高。作為一種替代方案，DM具有良好的像差校正性能。商用DM也有有限的調(diào)制范圍，一般取決于像差類型和DM驅(qū)動器口徑大小，如DM驅(qū)動器口徑為25mm時最大波前調(diào)制達(dá)40μmPV。針對天文望遠(yuǎn)鏡等自適應(yīng)成像系統(tǒng)研發(fā)了通用DM，其表面控制精度(相對5%的PV誤差)無法滿足高精度光學(xué)檢測的要求。因此，所有基于DM自適應(yīng)干涉儀都需要進(jìn)行DM表面面形輔助監(jiān)測，額外的輔助設(shè)備是必要的，如偏振測量系統(tǒng)，波前傳感器，干涉儀和CCD圖像傳感器，即使商業(yè)上可以買到具有大動態(tài)范圍的DM，這些對DM的面形監(jiān)測也將是一個沉重的負(fù)擔(dān)。大范圍的DM能有效補償自由曲面的固有像差，但其自身的表面面形監(jiān)測將成為另一個問題。即動態(tài)范圍和DM面形監(jiān)測是相互矛盾的。因此，我們重點在不增加DM監(jiān)測負(fù)荷的情況下，增加基于DM自適應(yīng)干涉儀的動態(tài)補償范圍。通過設(shè)計雙DM級聯(lián)自適應(yīng)補償器，由于雙DM是分別監(jiān)測的，這樣在減小DM監(jiān)測負(fù)荷的同時擴(kuò)大了像差校正范圍，從而緩解了這一問題。然而，雙DM級聯(lián)自適應(yīng)補償器的成本很高，而且需要解決雙DM級聯(lián)的像差耦合問題，解耦操作需要特別設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明基于現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種用于自由曲面干涉檢測的自適應(yīng)補償環(huán)形腔裝置與方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

用于自由曲面干涉檢測的自適應(yīng)補償環(huán)形腔裝置，其特征在于：包括偏振干涉系統(tǒng)、自適應(yīng)補償環(huán)形腔系統(tǒng)、部分零位補償鏡和被測自由曲面；

所述偏振干涉系統(tǒng)包括依次水平設(shè)置的激光器、擴(kuò)束器、第一分束器，所述第一分束器的上側(cè)光路上設(shè)置有第一標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡，所述第一分束器的下側(cè)光路上設(shè)置有第二分束器,所述第二分束器的反向依次水平設(shè)置有可旋偏振片（Rotatable polaroid，RP）、成像透鏡和CCD圖像傳感器；