光學計量檢測

徐德2010/12/08光學計量檢測現(xiàn)代光學檢測的重要性“Ifyoucan’tmeasureit,youcan’tmakeit”TheHubbleDisaster光學口徑2.4米，軌道高度600km，造價近30億美元，清晰度是地面天文望遠鏡的10倍以上。主鏡磨錯了l/20！發(fā)射前未進行整個系統(tǒng)的檢測。一般應該用兩種不同的方法對其進行檢測，并獲得一致結(jié)果。詹姆斯-韋伯空間望遠鏡口徑:6.5米，由18塊六角形鏡片組成軌道高度：150萬千米波段:紅外線預定發(fā)射時間:2011年8月詹姆斯韋伯太空望遠鏡的目光將穿過130億年的整個宇宙，去尋找早期恒星的蹤跡。GMT–GiantMagellanTelescopeStewardObservatory,UniversityofArizonaconsistsofseven8.4msegments25metersacrosswithfocalratiof/0.714.5mmdeparturefromthenearestfittingsphereE-ELT:

TheEuropeanExtremelyLargeTelescope主鏡的直徑達42米，由約1000塊直徑1.4米的六邊形子鏡組成望遠鏡底部直徑超過100米，高度超過80米，預計2018年投入使用這架望遠鏡將會像400年前的伽利略望遠鏡一樣，給人們對于宇宙的認識帶來革命性的影響。他們希望借助這架望遠鏡研究行星的誕生以及外太空是否存在外星人。LAMOST-大天區(qū)面積多目標光纖光譜天文望遠鏡2001年9月正式開工，2008年10月落成。有效通光孔徑4米，視場5度，光譜覆蓋范圍370-900nm我國最大的光學望遠鏡、世界上最大口徑的大視場望遠鏡，也是世界上光譜獲取率最高的望遠鏡，單次觀測可同時獲得3000多條天體光譜。采用薄鏡面主動光學和拼接鏡面主動光學技術(shù)，以新穎的構(gòu)思和巧妙的設(shè)計突破了世界上光學望遠鏡大視場不能同時兼?zhèn)浯罂趶降钠款i。紫外光刻技術(shù)—摩爾定律全靠它摩爾定律：Intel公司創(chuàng)始人之一GordonE.Moore預言的半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律：集成電路的集成度每三年增長4倍，特征尺寸每三年縮小倍。436nm，365nm，248nm，193nm，157nm，X射線，電子束紫外光刻（UltravioletLithography,UVL）深紫外光刻（DeepUltravioletLithography,DUVL）極紫外光刻（ExtremeUltravioletLithography,EUVL）電子束曝光（ElectronProjectionLithography）光刻機堪稱現(xiàn)代光學工業(yè)之花，其制造難度之大，到現(xiàn)在全世界也不過極少數(shù)幾家公司能夠制造而已（ASML,Nikon,Cannon）光的認識—我們身邊的光學現(xiàn)象光的電磁特性—電磁波譜可見光波段：0.38~0.78mm光的量子性普朗克-能量子假設(shè)愛因斯坦-光量子假設(shè)、光電效應、康普頓散射波粒二象性

物質(zhì)波的應用：電子顯微鏡，中子顯微鏡，電子束曝光機等激光—Laser（鐳射）LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation氣體激光器（He-Ne，CO2，Ar+，N2，準分子，金屬蒸氣）固體激光器（Nd:YAG，釹玻璃，Nd:YVO4，Nd:YLF，鈦藍寶石等）半導體激光器（GaAs，CdS等）染料激光器自由電子激光器應用：激光加工、激光治療、激光武器、激光測量、激光通信等激光工作物質(zhì)泵浦源諧振腔泵浦源激光工作物質(zhì)M1M2諧振腔激光輸出理想光學系統(tǒng)在任意大的空間，以任意寬的光束都成完善像的光學系統(tǒng)共線成像理論：點對應點、直線對應直線、平面對應平面的成像變換關(guān)系波動光學解釋：入射球面波（平面波為球面波的特殊情況）對應出射球面波完善成像像差球差彗差像散場曲畸變色差軸向色差倍率色差波像差光學元件波像差平面球面非球面自由面微結(jié)構(gòu)光學干涉基本原理在兩光波疊加的區(qū)域，某些點的振動始終加強，另一些點的振動始終減弱，形成在該區(qū)域穩(wěn)定的光強強弱分布的現(xiàn)象，稱為光的干涉現(xiàn)象。對于平面波：相干條件頻率相同振動方向相同相位差恒定光程差不超過光波的波列長度空間相干性

光源尺寸決定相干空間時間相干性

光譜寬度決定相干長度光學干涉測量術(shù)（Interferometry）等厚干涉：同一級干涉條紋表示相同的光程差（OPD）相鄰兩亮（或暗）條紋間相差l/2光程差存在l/20波像差的干涉圖牛頓干涉儀干涉圖分析方法靜態(tài)條紋分析法須確定條紋中心或條紋彎曲程度，精度有限用于分析的數(shù)據(jù)點較少，插值精度不高精度局限于l/10量級移相干涉術(shù)（PhaseShiftingInterferometry,PSI）采集多幅干涉圖無須確定條紋中心對整個待測區(qū)域內(nèi)所有數(shù)據(jù)點進行分析精度可達到l/1000以上典型干涉圖像差分析？初級像差：典型干涉圖像差分析—完善透鏡無傾斜或離焦E=F=0(b)存在傾斜E=5,F=0(c)存在離焦D=5,E=0,F=0(d)存在傾斜和離焦

D=5,E=5,F=0典型干涉圖像差分析—球差無傾斜E=F=0存在傾斜E=5,F=0paraxialfocusD=0mediumfocusD=AmarginalfocusA≠0,D≠0典型干涉圖像差分析—彗差yE=-3E=0E=3F=3F=0F=-3B=5(D=0)沿不同方向存在傾斜x典型干涉圖像差分析—像散xyE=-3E=0E=3F=3F=0F=-3C=2(D=0)沿不同方向存在傾斜綜合像差任意干涉圖分析法：測得干涉圖中一系列點的位置坐標（x,y），以及各點所對應的干涉級次m；利用最小二乘法樣條法進行插值。若波面比較平滑，可利用Zernike多項式將待測波面W(x,y)表示出來。球差+彗差(b)球差+像散(c)彗差+像散(B=5,D=2)(d)球差+彗差+像散斐索干涉儀（FizeauInterferometer）斐索干涉儀基本結(jié)構(gòu)斐索干涉儀—