基於雙迴轉相位板的複雜面形拼接測量理論與方法

《基於雙迴轉相位板的複雜面形拼接測量理論與方法》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由陳善勇擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於雙迴轉相位板的複雜面形拼接測量理論與方法
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳善勇
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

大口徑凸非球面、柱面甚至自由曲面等複雜面形在大型望遠鏡、光刻物鏡、慣性約束聚變等光學系統中的套用越來越多，是直接影響系統性能的重要元件，其高、中、低頻面形誤差要求都很苛刻。以補償檢驗為代表的傳統方法，存在測量口徑受限、像差補償能力不足或精度不高等技術瓶頸，嚴重製約其製造水平的提升。項目首次提出雙迴轉相位板的近零位補償與子孔徑拼接相結合的新方法，突破傳統補償法的口徑受限和子孔徑拼接法的可測非球面度受限的難題，利用雙迴轉相位板產生可變的像差，可靈活適用於不同形狀的複雜面形，具有結構緊湊、調整自由度少、易於校準和對準、無圓形孔徑畸變等突出優點；首次提出光學追跡與位形空間理論相結合的子孔徑拼接最佳化模型，準確分離面形誤差與近零位補償器或被測鏡失調引入的像差。項目重點解決雙迴轉相位板的光學設計、近零位補償器的光機設計以及近零位子孔徑拼接原理與算法等關鍵問題，並研製複雜面形的測量裝置樣機。

結題摘要

測量是製造的前提。大口徑凸非球面、柱面甚至自由曲面等複雜面形在大型望遠鏡、光刻物鏡、慣性約束聚變等光學系統中的套用越來越多，是直接影響系統性能的重要元件，其高、中、低頻面形誤差要求都很苛刻。上述複雜光學面形套用受到極大限制的主要技術瓶頸在於面形的超精密測量，傳統干涉測量無法適用的根本問題在於干涉儀的動態和橫向測量範圍非常有限。項目發明了像差可變的近零位補償器，突破了傳統補償法的口徑受限和子孔徑拼接法的可測非球面度受限的難題，創新拼接最佳化算法，解決誤差解耦難題，拓展出複雜面形的可變補償拼接測量方向。首次提出雙迴轉相位板的近零位補償與子孔徑拼接相結合的新方法，利用雙迴轉相位板產生可變的像差，可靈活適用於不同形狀的複雜面形，獲美國專利授權；首次提出光學追跡與位形空間理論相結合的子孔徑拼接最佳化模型，準確分離面形誤差與近零位補償器或被測鏡失調引入的像差，將傳統算法要求的微米級空間精度放鬆到亞毫米級。項目重點解決了基於雙迴轉相位板的近零位補償器設計、近零位子孔徑拼接建模與算法設計等關鍵問題，研製的拼接測量裝置樣機達到或優於預期指標。項目首次實現了300mm以上口徑凸非球面的近零位拼接測量，並推廣套用於上海天文台望遠鏡改正鏡組的面形檢測，其中凸球面最大測量口徑506mm，是迄今公開報導的拼接測量凸面口徑最大、R/D最小的套用實例，為相關套用單位開展空間紅外相機和大口徑望遠鏡的研製提供了光學檢測技術的有力支撐。項目成果被國際同行評價為“國際公認的貢獻”，是“過去十年子孔徑拼接測量非球面取得的最出色進展之一，並且無疑是精密光學計量界的紮實的貢獻”。