【摘 要】
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上世纪50年代以来,光学元件制造技术飞速发展,对光学元件加工质量的要求也越来越高。单从几何精度进行评价已经不能满足评价要求,而光学性能反映了光学元件或系统最终的应用效果,受到了越来越多的关注。目前,光学性能指标主要包含波前像差、点扩散函数、调制传递函数、斯特列尔比等等。然而,光学性能指标的多样性,导致光学性能评价结果的多样性。因此,有必要建立一套光学性能评价体系,实现评价指标之间的相互联系和转换,
【基金项目】
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国家重点研发计划“基于自由曲面的共体光学系统纳米精度制造基础研究”（项目编号:2017YFA0701200）； 国家自然基金重点项目“光学晶体材料复杂曲面高精度成型及原位测量关键技术的基础研究”（项目编号:61635008）；
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上世纪50年代以来,光学元件制造技术飞速发展,对光学元件加工质量的要求也越来越高。单从几何精度进行评价已经不能满足评价要求,而光学性能反映了光学元件或系统最终的应用效果,受到了越来越多的关注。目前,光学性能指标主要包含波前像差、点扩散函数、调制传递函数、斯特列尔比等等。然而,光学性能指标的多样性,导致光学性能评价结果的多样性。因此,有必要建立一套光学性能评价体系,实现评价指标之间的相互联系和转换,进一步降低光学测试计量的难度。该工作对于反馈和指导光学元件加工,尤其是对于新一代光学自由曲面制造来说,具有重要的应用价值和现实意义。为了实现各个光学性能指标之间的相互转化,本文基于傅里叶光学理论以及相位重构算法,借助MATLAB编程软件完成光学性能评价体系的建立。开展的主要研究内容包括:（1）建立波前像差到点扩散函数、调制传递函数转化模型。研究光学系统黑箱模型、菲涅尔衍射成像理论和傅里叶光学理论,分析了光学系统性能参数波前像差、点扩散函数、调制传递函数之间的转化关系,实现波前像差到点扩散函数、调制传递函数的转化。（2）建立点扩散函数到波前像差、调制传递函数转化模型。从自由空间光波传输的角度,研究了相位重构算法中光传输计算需要满足的计算条件;比较了几种相位重构算法的异同,并对Zernike相位拟合与相位解包裹运算进行了简要分析,最终基于相位重构算法,实现点扩散函数到波前像差、调制传递函数的转化。（3）建立光学性能综合评价体系,实现评价指标之间的自由转换。基于以上理论和模型,利用MATLAB软件建立光学性能评价体系。同时,针对单透镜系统分别进行仿真分析与实验验证,通过与商业光学设计软件ZEMAX仿真结果/商用TRIOPTICS泰曼格林干涉仪实测波前进行对比,验证光学性能评价体系的正确性和适用性。
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