非球面的近零位子孔径拼接测量技术研究

【摘要】：大口径凸非球面在大型望远镜、光刻物镜、惯性约束聚变等光学系统中的应用越来越多,其口径和面形误差直接决定了光学成像质量,是影响系统性能的重要元件。现代确定性光学加工技术的根本前提是面形误差的准确定量检测,而以补偿检验为代表的传统方法,存在测量口径受限、像差补偿能力不足或精度不高等技术瓶颈,严重制约其制造水平的提升。论文创新提出基于双回转相位板的近零位补偿与子孔径拼接相结合的方法,突破传统补偿法的口径受限和子孔径拼接法的可测非球面度受限的难题,利用双回转相位板产生可变的像差,可灵活补偿不同形状的凸非球面子孔径的大部分像差,达到近零位测试条件,具有结构紧凑、调整自由度少、易于对准、无圆形孔径畸变等突出优点。论文的研究工作主要包括:1根据双回转相位板工作原理,计算凸非球面上各离轴子孔径的剩余像差系数,完成相位板相位函数的计算;同时加以辅助对准图样和载频,得到相位板的设计结果,并通过仿真验证该近零位补偿器对不同非球面的面形适应性。分析相位板失调引入的波前像差,据此设计相位板的多自由度装调机构,同时考虑补偿器与干涉仪和被测镜部分的装调工艺。2搭建光学非球面的近零位子孔径拼接工作站。分析拼接工作站的运动链,完成了正向和逆向运动学分析;通过理论计算与仿真,验证被测镜在设计的装夹状态下受到重力变形的影响很小;通过Zemax软件仿真得到被测镜的调整公差范围,完成了被测镜姿态调整的双转台结构设计。在已有的非零位子孔径拼接工作站的基础上完成了近零位子孔径拼接工作站的改造设计与安装调试。3以有效口径320mm的高次凸非球面镜为例,完成了凸非球面的近零位子孔径拼接实验。通过光学追迹和凸包算法确定子孔径的重叠区域和重叠数据点对,利用一阶近似建立子孔径失调与像差的数学关联,根据重叠区域面形误差一致性原则建立近零位子孔径拼接的数学模型,利用最小二乘法分离子孔径失调引入的像差以及近零位补偿后的剩余像差,得到全口径面形误差。同时对该高次凸非球面进行了三坐标测量和非零位子孔径拼接测量,并与近零位拼接测量结果相比较,初步验证了近零位子孔径拼接测量的有效性和优越性。
【关键词】：光学面形测量 凸非球面 双回转相位板 近零位补偿器 子孔径拼接
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG806