大口径标准镜绝对面形精度传递方法

提出了一种大口径干涉仪标准镜绝对面形精度的传递方法,在已知一台干涉仪参考镜绝对面形的前提下,可向待测标准镜进行精度传递。由于检测温度与使用温度的不同,待测标准镜在另一台干涉仪作参考镜时,绝对面形会发生变化,变化集中在离焦量上;在待测标准镜使用状态下,通过对经典三板互检法得到的竖直方向直线绝对面形的分析,得到标准镜使用状态离焦量的估计,以此修正直接精度传递结果,最终得到待测标准镜使用状态下的绝对面形。比较同一块光学元件在两台干涉仪上标定前和标定后的测量结果,标定后的面形差值更小且分布一致性更好,证明了本方法的有效性和可行性。

光学材料光学不均匀性绝对测量误差分析

绝对测量技术去除了干涉仪参考面面形误差,可实现光学材料光学不均匀性的高精度测量。对现有主要光学材料光学不均匀性绝对检测技术进行了总结比较,针对像素错位、干涉图分辨率、干涉仪测量重复性、样品厚度以及折射率测量等因素对光学不均匀性绝对检测的影响进行了实验分析。实验结果表明:干涉仪重复性是光学不均匀性测量的主要误差。样品翻转测量法、样品直接透射测量法、平行平板样品测量法3种测量方法均可实现光学不均匀性(RMS)10-8检测精度。

一种连续相位板焦斑边缘轮廓的提取方法

为了获得连续相位板(CPP)焦斑的外形尺寸,提出一种焦斑边缘轮廓的提取方法。连续相位板焦斑图像内部梯度起伏较大,直接应用传统边缘检测方法,易形成内部伪边缘。通过对焦斑图像依次作梯度处理、阈值分割、空间扫描和椭圆拟合,可以有效地获取焦斑边缘轮廓。比较了分别采用Laplace,Sobel,Krisch,Log算子进行梯度处理的提取结果,结果表明:采用Krisch算子,焦斑边缘轮廓提取的结果更稳定可靠。比较了阈值分割时不同阈值情况下的提取结果,表明阈值选取在背景梯度均值的110倍至180倍时,焦斑边缘轮廓提取结果比较可靠。

大口径KDP晶体折射率非均匀性检测

KDP晶体的折射率不均匀性将导致光束的空间分布存在不同程度的相位失配,从而使得三倍频系统的转换效率下降。为了得到KDP晶体折射率非均匀性的高精度检测结果,基于正交偏振干涉法,采用ZYGO MST大口径干涉仪,测量得到了大口径KDP晶体折射率非均匀性分布,其测量精度达到10-7,并通过实验研究了晶体面形对测量结果的影响。对晶体e光折射率非均匀性的高精度检测,为大口径晶体材料生长工艺、加工工艺等改进和提高提供了定量的检测依据。

矩形元件离焦及像散计算方法

利用Zernike多项式进行最小二乘拟合来计算矩形元件的离焦及像散,不需要波面数据在圆域内正交,从而避免了波面数据缺失区域的数据插值。通过计算圆形口径数据,与商业软件计算结果比较,差别小于0.005倍波长,证明了该方法计算离焦及像散的可行性。分析了不同长宽比下矩形元件的离焦及像散。结果表明用商业软件计算矩形口径元件像散时,随着长宽比的增加,偏差会明显增大。

KDP晶体应力数字式检测方法

使用高精度数字式应力仪测量KDP晶体的应力,给出整体应力分布。通过沿光轴方向测量,消除晶体o光和e光的双折射效应的影响,准确得到晶体材料自身的应力双折射分布。实验结果表明,测量重复性优于0.1nm/cm。对KDP晶体材料应力的高精度数字式检测对于加工和使用具有重要的指导意义。

基于计算全息术的长焦距透镜功率谱密度检测方法

高功率激光器的中频误差会导致自聚焦和功率损耗,但大口径长焦距非球面透镜中频波前的检测一直是一个瓶颈。本文引入计算全息术测量非球面透镜中频波前功率谱密度。借助现代光刻技术,我们研制了大口径高精度CGH,用以提供高精度的非球面参考波前,从而实现了大口径长焦距透镜中频波前功率谱密度高精度检测,且该方法可大大缩短光路、降低振动和空气扰动的影响。通过与干涉法测量结果对比,验证了计算全息法测量的准确性和方便性。此外,详细分析了计算全息法应用于非球面透镜中频波前检测的测量不确定度。理论分析和实际检测结果表明,对于焦距大于30 m、通光口径大于Φ410 mm的长焦距非球面透镜,其中频波前PSD测量不确定度RMS小于1 nm。

用计算全息法测量长焦透镜的透射波前

为了高精度地检测长焦透镜的透射波前,提出了在Zygo干涉仪的平面光路中加入一个二元衍射元件提供参考波前的计算全息法(CGH)。介绍了计算全息法检测长焦透镜透射波前的理论,设计并研制了高精度计算全息板,并将其用于大口径长焦距透镜透射波前检测。理论分析和实际检测结果表明:该方法系统误差小,测量重复性精度优于0.004λ(2σRMS),与常规的菲索干涉法测量球面透镜透射波前得到的结果一致,从而验证了提出测量方法的可靠性。最后,详细分析了二元衍射元件的制造误差对透射波前检测的影响,得到测量误差(PV)小于λ/10。文中的结果表明提出的计算全息法可有效缩短光路,提高测量精度,对长焦透镜波前检测有重要的应用价值。

基于小波变换的平板波前死条纹噪声滤除方法

高功率激光器的建造需要大量的高精度光学平板,其波前检测一般采用相移干涉技术。由于测试光在光学平板内的多次反射,存在由寄生干涉导致的死条纹现象。死条纹会在波前检测结果中引入周期性相位噪声,极大降低了波前检测结果的置信度。针对该问题,提出了一种基于小波变换的降噪方法,可根据死条纹噪声特征对波前检测结果进行降噪,不需要额外硬件或调整测试状态。实验结果表明,该方法可以有效滤除死条纹引入的相位噪声,且能很好地保留加工特征。

大口径平板中频波前均方根的测量方法

在高功率激光系统中,大口径元件的中频波前影响系统的安全运行,中频波前均方根(PSD1)是用来评价中频波前质量的关键参数。由于大口径干涉仪在系统传递函数(STF)上不能完全满足中频波前的检测要求,提出采用小口径高分辨率干涉仪检测的统计分析方法,建立了统计理论模型,分析了测量不确定度。建立了子区域PSD1检测装置,提出了子区域倾斜补偿法,提高了检测精度。理论及实验结果表明针对400mm×400mm分析区域,子区域数量设置为4×4,置信水平为95.4%时,测量不确定度为±0.266nm。该方法与大口径干涉仪检测法的对比实验表明,400mm×400mm分析区域内检测结果偏差小于5%。子区域统计分析法是对大口径干涉仪检测法的有益补充,对先进光学制造工艺的优化具有重要的参考价值。

光学玻璃应力双折射检测方法研究

使用高精度数字应力仪测量光学玻璃的应力双折射，给出整体应力分布及大小。实验表明温度及重力对材料／玻璃的应力双折射分布和大小有非常明显的影响，相对初始测量结果，应力双折射最大值减少了83％，均方根（RMS）值减少了87％；且在温度趋于稳定时，重力的作用使得材料应力双折射的最大值增大了68％，RMS值增大了90％。对光学材料／玻璃应力双折射的高精度数字化检测对于光学加工和使用具有重要的指导意义。