基於液晶空間光調製器非球面CGH動態檢測方法研究

《基於液晶空間光調製器非球面CGH動態檢測方法研究》是依託哈爾濱理工大學，由張洪鑫擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於液晶空間光調製器非球面CGH動態檢測方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張洪鑫
• 依託單位：哈爾濱理工大學

項目摘要

本項目圍繞非球面加工過程中，難以實現加工誤差的在位檢測這一難題，提出利用液晶空間光調製器作為計算全息補償器，產生具有可溯源性的標準非球面作為參考波面，對非球面進行CGH檢測。液晶空間光調製器具有成本低，解析度高，每個像素可獨立編程控制，可動態產生任意波面的優勢，克服現有光學技術製作全息光學補償器周期長、難度大、使用靈活性差等缺點。研究基於液晶空間光調製器非球面CGH動態檢測方法，通過改進計算全息圖編碼方法，研究基於雙誤差補償的閉環反饋控制方法，提高液晶空間光調製器產生計算全息圖的精度；搭建非球面CGH動態檢測系統，利用像差平衡法降低計算全息圖的空間頻寬積，擴大非球面尺寸檢測範圍。本項目是將液晶相控陣技術和自適應光學技術套用於全息干涉計量的跨學科研究，對於工業生產加工過程檢測，醫學人眼視網膜高分辨成像，以及光學干涉計量等方面具有較大的套用前景。

結題摘要

利用計算全息干涉法進行非球面測量，全息補償片通常用通過光刻或腐蝕技術加工的光學薄片來充當。一個全息補償片僅能用於測量一種非球面鏡，靈活性差、需要一定的加工周期和製作成本高的問題未得到根本解決。非球面技術的發展要求檢測與加工同步，測量方法和測量裝置應具有一定的通用性，可滿足不同形狀、不同口徑非球面實時測量的要求。 針對這樣的問題，項目進行了基於液晶空間光調製器CGH非球面動態檢測方法的研究。圍繞著三大關鍵性問題：計算全息編碼方法，液晶空間光調製器重構三維波前閉環控制方法和基於液晶空間光調製器非球面CGH動態檢測方法和裝置等，通過數學推導與建模、ZEMAX追跡仿真、測量方案論證、測量光路設計、光學元件設計與加工、軟體編程、實驗光路搭建與實驗操作、實驗數據分析和誤差處理分析等手段，開展了深入的研究。 首先，從相位型計算全息編碼方法的研究入手，提出了三種基於誤差校正的計算全息編碼方法，明顯提高計算全息編碼精度，從源頭阻斷了計算全息編碼誤差的傳遞。這三種編碼方法適用於迴轉對稱與非對稱非球面全息編碼；其次，對液晶空間光調製器作為計算全息載體，重構三維波前的閉環控制方法進行研究，通過Zernike波像差的模擬和雷射束波前的整形方法的研究，能夠通過編程控制液晶空間光調製器模擬任意波前和對雷射束進行任意整形，獲得了基於雙誤差補償的液晶空間光調製器重構三維波前的原理、技術和方法。該研究為液晶空間光調製器套用於三維光學表面測量提供了理論基礎和方法支撐；最後，研究了基於液晶空間光調製器CGH非球面動態檢測方法和裝置，首次實現了以液晶空間光調製器作為計算全息載體，用於非球面的計算全息干涉測量，結合部分零位補償技術降低了CGH的空間頻寬積，利用ZEMAX追跡和編程控制技術，可實時重構任意波前。通過干涉測量和對單幅干涉條紋圖的快速分析，能夠提取被測非球面鏡的面形加工誤差。將實驗結果與ZYGO干涉儀測量的實驗結果進行比較，二者得到的面形誤差，低頻分量較一致。 項目提出的測量方法和裝置具有一定的通用性，可滿足一定尺寸範圍和不同類型非球面的實時測量，實現非球面檢測與加工同步。該方法無需對測量環境提出過高要求，能高速、高效、方便、快捷地反饋非球面面形誤差信息，對於實現非球面鏡加工過程的線上檢測具有潛在的套用前景。