《光學自由曲面的像散補償型動態差分干涉檢測技術研究》是依託南京理工大學，由袁群擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：光學自由曲面的像散補償型動態差分干涉檢測技術研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：袁群
- 依託單位：南京理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
光學自由曲面已在成像系統尤其是離軸反射式相機中得到了套用，對自由曲面面形的高精度檢測技術提出了迫切的需求。自由曲面相對最佳擬合球面的偏差較大，經其反射後的測試光束具有較大的發散性，現有干涉測試技術還不成熟。本項目提出採用像散補償型動態差分干涉檢測光學自由曲面，將同步移相與橫向剪下干涉相結合，採用斜入射方式補償自由曲面面形中的像散成分，控制光束的發散性。項目主要研究內容包括：(1)等光程型動態差分干涉檢測光路的方案設計與實驗構建；(2) 像散補償型測試光路中自由曲面傾斜角度的最最佳化求解；(3) 基於Zernike多項式的波面傳輸模型與成像畸變校正；(4)像散補償型動態差分干涉檢測系統建模與自由曲面面形重構。本項目的開展將解決光學自由曲面檢測的關鍵基礎性問題，完善光學自由曲面納米級準確度的干涉測量方案，全方位指導光學自由曲面的設計、加工、檢測與裝配，促進自由曲面在更多基礎領域的套用。
結題摘要
本項目圍繞離軸反射式光學系統中自由曲面面形的高精度檢測需求，開展了針對像散為主要面型成分的自由曲面的部分零位干涉檢測技術研究，目的實現“一對多”的通用型干涉檢測。本項目從自由曲面系統光學設計、大偏差波面的傳輸特性、像散補償型部分零位干涉檢測方法三個方面開展研究工作。首先，針對常規多參數疊加的最佳化設計方法，提出了一種結合面形最佳化和視場最佳化的自由曲面光學系統設計方法，根據光學系統各視場波像差特性，針對性地增加面型成分中的自由曲面項，並由小視場出發逐步拓展視場。上述設計方法有效地證明了在自由曲面離軸反射式光學系統中一般都至少有一塊鏡面，其面型中的主要成分是像散。然後，研究了大偏差自由曲面波前在傳輸中的波前變形，提出了數值型波前傳輸建模技術，利用特徵光線的坐標與斜率數據，反演了傳輸後的自由曲面波前的邊界和矢高數據，為部分零位干涉的建模提供了理論基礎。最後，通過將待測自由曲面旋轉一定的角度來補償面型中的像散成分，從而有效地控制測試光路的發散程度形成干涉條紋能夠被分辨的部分零位干涉圖。根據部分零位干涉圖計算相位的結果，結合干涉光路的精確建模，利用逆向最佳化重構技術復原面形誤差中的低頻成分，採取高頻回溯技術復原面形誤差中的高頻成分，繼而重構出待測自由曲面的面形誤差。對口徑為44 mm、基底球面半徑為503.44 mm、相對最佳擬合球面偏差PV值為3.953 μm、像散補償後PV值為0.549 μm的澤尼克多項式自由曲面進行了檢測。檢測結果與計算全息零位檢測結果一致，驗證了該方法的正確性。對於以像散為主要面形成分的這一類型自由曲面，可以根據像散量的大小針對性地最佳化傾斜角度來補償不同的像散成分，具有“一對多”的特性。因此，該方法相對於僅能滿足與“一對一”檢測的計算全息法不需要任何零位補償元件，具有較高的靈活性。
