论文部分内容阅读
非球面在光学系统中发挥着不可替代的作用。高精度非球面测试决定了其加工技术的精度,对于非球面技术的发展十分重要。利用计算全息(Computer-generated Hologram,CGH)的零位补偿干涉测试是一项公认的高精度测试技术。近些年来,高空间刻线频率CGH用于非球面高精度检验的关键技术问题----CGH设计以及加工尚处在探索阶段。
本文利用标量衍射和矢量衍射理论,研究了影响CGH波面复现精度的因素;从全局优化的角度研究CGH的设计方法;结合现有条件,研究了熔融石英基底CGH加工工艺和精度验证等诸多技术问题;以90°锥角圆锥面为例,研究高密度CGH用于锥面的绝对面形恢复和锥角误差测量方法。具体主要研究内容包括：分别从标量衍射理论模型及矢量衍射理论模型出发,对CGH的简单抽象即一维线性光栅模型展开了分析讨论。在标量模型下,研究了CGH各个结构参数(横向二维图形位置、台阶深度、台阶占空比)与其各级次出射波面衍射效率及相位之间的关系。同时,利用矢量分析软件对高频光栅进行分析,结果显示出射波前TE、TM偏振之间存在的相位差,同时也为标量衍射计算结果的校正提供了依据。针对CGH相位函数的全局优化设计问题,提出了逆向光线追迹求解法及正向光线追迹优化法相结合全局寻优设计方法,实现了CGH相位函数的高精度快速求解。研究了抑制干扰信号的叠加载频设计和两种用于CGH定位装调的方案,从仿真及实验两个方面证明了方案的实用性。针对国内缺乏利用现有设备在熔融石英基底上制作高密度CGH元件的成熟工艺问题,探索研究了零位补偿测试用的三类CGH(振幅型CGH、纯相位型CGH及简易相位型CGH)的工艺技术。针对直角坐标系电子束直写设备的特点,提出了适用于同轴型CGH直写工艺的经济编码方案,实现了大幅缩小直写工作耗时和抑制CGH出射波面相位误差的目的。利用光束干涉扫描型(Scanning Beam Interference Lithography,SBIL)极坐标系激光直写系统(Circular Laser Writing System,CLWS),解决了高频光栅CGH的加工难题。分别利用反应离子刻蚀(Reaetive Ion Etch,RIE)及电感耦合等离子体刻蚀(Inductively Coupled Plasma Etch,ICP)系统,实现了在熔融石英基底上制作纯相位型CGH的工艺技术。为了验证CGH零位补偿法的测试精度,以特殊二次非球面----抛物面为测试对象,用基于标准球面波的无像差点法测量结果,与CGH零位补偿干涉法的结果比对。结果表明CGH波前重构精度PV值优于λ/20、RMS值优于λ/147。利用CGH的测试方案总体不确定度PV值优于λ/15、RMS值优于λ/113。通过与计量部门测量结果进行比对,证明PV值偏离不超过λ/100。针对锥面三维面形高精度测量难题,研究了利用高频CGH测试线性圆锥面面形中的系列关键技术。提出了错位四步法和双边螺旋路径积分法(Spiral-path Direct Integration,SDI),实现了对待测锥面的高精度绝对面形恢复。同时,基于锥面像差多项式,提出了基于CGH零位补偿测试结果的系统分析方法,解决了锥面锥角误差高精度测量的难题。该方案可实现±0.5 arcsec锥角误差测量不确定度。