论文摘要
光学复杂面形元件由于其表面曲率变化大,面形自由度高,可以有效减少光学系统中各项像差,与球面光学系统相比不仅简化了系统结构,还提高了系统的性能,因此在光学领域中得到了极大的青睐。随着光学复杂面形元件的广泛应用,如何对其面形进行高精度、高效率、高通用性的检测已经成为光学界的一个重点研究内容。目前,光学复杂面形元件面形检测精度较高的是干涉测量法,具体主要有CGH法和倾斜波面法两种,CGH法需要对每一个被测件设计一个补偿器,因此其检测通用性较差。传统倾斜波面法均使用双臂式的干涉结构,其系统误差难以自消除,因此测量精度受到影响,并且需要复杂的误差标定方法对其系统误差进行误差标定,因此检测效率较低,并且传统倾斜波面法的点源发生器使用的是针孔阵列,不能够根据不同的被测件动态生成不同的点源阵列,因此对其检测通用性造成一定的影响。本文针对目前检测方法的局限性,提出了光纤阵列型共光路干涉测量方法,该测量方法使用光纤阵列作为点源发生器,可以根据被测件面形自由生成点源阵列,从而极大提高了检测通用性,并且使用共光路的光学系统,有效减小了系统误差,提高了检测精度,避免了复杂的误差标定,使其检测效率极大提高。由于光纤阵列型共光路干涉测量方法运用非零位干涉原理,采用多个轴外干涉点源,并且自由曲面的面形难以用统一的数学公式表达,因此很难使用正向的光学设计方法针对某一被测件进行光路设计。本文运用“黑盒子”逆向的光路设计方法,进行数学建模,并通过分析与解算,得到该系统各项光学参数,提出该系统的光学设计技术指标。由于该系统采用了共光路结构,并且是一个非零位的多点源干涉系统,因此需要满足齐明特性的大视场标准球面补偿镜组,而目前只有轴上点源的齐明透镜组。本文研究了多重结构优化的设计方法,并通过误差分析,为该系统的装校提出精度要求。由于本系统使用的是大视场齐明镜头,在装校过程中,其对镜片姿态的敏感度比普通的镜头要高。因此本文研究中心偏测量仪辅助装校方法,并对实验系统进行了装校。通过使用本系统、zygo干涉仪和未误差标定的泰曼式多重倾斜波面干涉测量系统对球面面形进行检测,本系统检测结果PV值与zygo干涉仪仅相差0.02λ,验证了本系统的检测精度,避免了复杂的误差标定,具有较高的检测效率。通过使用本系统、zygo干涉仪对旋转对称型面形元件(抛物面)和非旋转对称型面形元件(柱面)的面形进行检测,检测结果PV值与zygo干涉仪分别相差0.0366λ和0.11λ,说明本系统能够对多种复杂面形元件进行高精度检测,验证了本系统的检测通用性。
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文章来源
类型: 硕士论文
作者: 王劲松
导师: 沈华,廖严
关键词: 复杂面形元件,非零位干涉检测,共光路,光学设计,光纤阵列,装校
来源: 南京理工大学
年度: 2019
分类: 基础科学,信息科技
专业: 物理学,无线电电子学
单位: 南京理工大学
分类号: TN25
DOI: 10.27241/d.cnki.gnjgu.2019.000925
总页数: 69
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