计算全息法(CGH)检测大口径凹非球面系统的研究论文.pdfVIP

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计算全息法(CGH)检测大口径凹非球面系统的研究 刘华12卢振武。孙强1李凤有1 (’中科院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室 2中科院研究生院 长春 130022) 摘要:根据圆形计算全息图的衍射特性,将曲面圆形计算全息图与补偿镜相结合,应用于凹非 球面折射式零检测光学系统中.与传统的折射式零检测光学系统相比,此系统不仅简化了光学系统 的装调过程,还可以降低计算全息图(CGH)与补偿镜的制作精度,减少制作成本.阐述了利用曲面 计算全息图衍射特性的折射式零检测光学系统检测凹非球面的基本原理,给出了具体的设计实例. wavefront值为0.024入。 对于口径为950mm的抛物面,检测结果P-V 关键词:二元光学;光学设计;非球面检测;CCtt法 1.引言 随着应用光学的不断发展,光学系统中采用非球面愈来愈普遍。在反射系统中,非球面通常是 主镜凹的,副镜是凸的。无论是天文研究,还是在军事及航天领域中,越来越多地需要用到反射光 学系统。而这些光学系统都离不开非球面凹镜。高精度的凹非球面就需要高精度的检测.对特殊的 二次曲面如抛物面、双曲面,可采用无像差点法检验。对不具有无像差点对的非球面,可采用零检 验方法。目前零检验方法中的补偿器一般都采用折射式的,包括补偿镜和场镜【l。31。补偿器不仅制作 精度要求很高,在装调过程中相对位置也要求非常精确,稍有偏差就会对检测结果造成很大影响。 Hubble望远镜就是因为检测时补偿镜的位置有误差,导致抛光过程中主镜的二次项系数有误以致造 成巨大损失。同时也需要另一种完全独立的零检测方法来验证这种检测方法。近年来使用衍射光学 元件检测大口径非球面方法近年来得到了广泛的注意,1971年提出的计算全息法(CGH),可以说 是全息法的一个重大突破卜71。尤其是计算全息图可以制作在曲面基底上以后,大大降低了对全息图 的制作要求,即使是检测大口径的非球面,其制作精度仍可满足检测需求【8母】。 本文初步研究了计算全息法(CGH)检测凹非球面的原理和方法,首次尝试了将计算全息图 (CGH)与补偿镜相结合形成凹非球面折射式零检测的光学系统,其中刻制在补偿镜凸面上的计算 全息图(CGH),只承担部分光焦度,补偿理想球面与理想1F球面之间的部分位相差,有效地增加了 全息图的最小线宽,使其达到几十微米,大大降低了对全息图的制作要求,同时又使装调变得相对 2.检测原理 利用曲面计算全息图进行凹面非球面检测方法如图l所示.激光经显微物镜和针孔后,产生标 准球面波.经过照明物镜后,入射到带有计算全息图的透镜上,由透镜反射面反射回来的标准球面 波作为参考波前.而由全息图的衍射1级光产生标准的待检非球面波前。设计时,使照明光经带有 全息图的透镜后,垂直照射在待检非球面上,由非球面反射的波前与由透镜反射面反射回来的参考 波前经分束器反射后,再由成像物镜成像到CCD探测器上,并在反射光会聚处加光栏,滤掉其它级 次杂光。 712 图1用CGH检测的光路图 2.1计算全息图(CGH)的位相函数 标准球面波入射到带有计算全息图(CGH)的补偿镜上,其中CGH的位相函数是由以下方法 得到的,如图2所示. 非球面 图2用来检测凹抛物镜面的CGH位相函数的几何定义 图中CGH刻制在补偿镜上的凸面上。OPL’是抛物面上离轴物点到像点I.的光程,oPk是抛物面 上轴上物点到像点I的光程。而OPL’和OPLo删: OPL?tr)=0”C。+C”H’+H’l m) OC’=小t一瓯)2+f,q一嘭J2+f,t一噬,2 ㈨) CHt=遗《H。x—c。P+(H。P—cP户+《H。z—cz户 ∽ H1I=遗Ill—H‘;P+《Iy—Hty严+(1l—H。z户 ∽)、V OPL4(r)=OC+CH+HI

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