基于空间光调制器的光学面形测量关键技术的研究

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相干干涉测量是对光学面形进行高精度测量的常用测量方式。传统干涉仪只能针对光学平面或者球面等基础光学面形进行面形测量。通过无像差测量方法,在测量光路中增加反射平面或者球面,能够将干涉测量的范围扩展到抛物面等二次光学面。但对于更复杂的面形,则需要设计和制造复杂的光学补偿器或者利用计算全息图来补偿测量光路中的光程差,实现零位干涉测量。空间光调制器是一种可通过计算机编程控制的光学器件,能够替代光学补偿器或者计算全息图来完成相位调制和补偿的工作。将空间光调制器作为光学补偿器,不但可以缩短系统制造周期、简化系统结构和提高测量系统的测量范围,也使测量系统在装调便利性上有很大程度提高。基于上述原因,本文研究了空间光调制器应用于光学面形干涉测量的关键技术,其主要研究工作如下:(1)提出空间光调制器作为相位补偿器应用于光学面形干涉测量的方案,并针对其相位调制特性进行标定和补偿方法研究;通过特征相位图和计算模型精确补偿空间光调制器的相位调制特性的非均一性;通过对其初始相位差的测量和修正使得空间光调制器能够实现准确的相位调制作用,从而实现相位补偿。(2)建立基于液晶空间光调制器的斜入射干涉测量系统模型。针对液晶空间光调制器工作原理和干涉光路特点进行干涉测量系统建模;基于光线追迹理论建立斜入射干涉测量系统中补偿相位的计算模型;研究斜入射下液晶空间光调制器的工作规律,并提出基于数据降维方法的干涉仪测量相位数据与LCoS-SLM相位数据之间的口径匹配方法。(3)提出一种通过加载离轴抛物面相位来产生阵列光斑的方法,研究将可控光斑阵列应用到斜入射干涉测量系统中的系统装调的调整方案并通过实验进行了验证。(4)以基础光学面形和自由曲面面形为研究对象,开展基于空间光调制器的干涉测量方法的研究。在搭建的斜入射干涉测量光路中对基础光学面形进行了测量和评价,并和干涉仪的测量结果进行对比分析,验证测量系统的测量精度。
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