精密干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)與應(yīng)用 - 波前及表面檢測技術(shù)概述

Wave

line

(波線)Wavefont

Test

part

Wave

surface

(波線)

E

Acos[k

r

t]

or

E

Aexp[i(k

r

t)]

??????

=

??

·

??Dong

Liu—Zhejiang

University?

面形——宏觀評價指標

–

實際表面與理論值的偏差

–

Peak-to-Valley

value，PV值，

峰谷值

–

Root-mean-square

value，

RMS值

–

如1/4λ，或10nm?

輪廓——微觀評價指標

–粗糙度Test

part精密干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)與應(yīng)用liudongopt@?

輪廓——微觀評價指標

–輪廓偏距y(x)

–輪廓最大高度Ry

–輪廓算數(shù)平均偏差Ra–輪廓均方根偏差Rq精密干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)與應(yīng)用liudongopt@Phasics

SID4

wavefront

sensorZYGO

interferometerHartmann-Shark

wavefront

sensorDong

Liu—Zhejiang

UniversityWhitelight

profilerWavefront

sensing

system

Optical

systemunder

testWavefront

sensing

systemTestsampleLaser

wavefront

diagnosis

Flow

field

visualization

Wavefront

sensing

systemPlanar

figure

metrology

Wavefront

sensing

systemAberration

measurementSpherical/Aspheric

figure

metrology

Test

sample

Wavefront

sensing

systemDong

Liu—Zhejiang

University精密干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)與應(yīng)用liudongopt@精密干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)與應(yīng)用liudongopt@Wavefront

sensing

system

Optical

systemunder

test

Wavefront

sensing

system精密干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)與應(yīng)用TestsampleLaser

wavefront

diagnosis

Flow

field

visualization

Wavefront

sensing

systemPlanar

figure

metrology

Wavefront

sensing

systemAberration

measurementSpherical/Aspheric

figure

metrology

Test

sample

Wavefront

sensing

system

liudongopt@liudongopt@平行平板

剪切量

橫向剪切波前精密干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)與應(yīng)用精密干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)與應(yīng)用liudongopt@1

1

1

k

c

r2?

非球面?

二次(曲面)非球面?

高次(曲面)非球面精密干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)與應(yīng)用liudongopt@2cr2z

A4r4

A6r6

A

8r8

橢球面分類依據(jù)具體類型舉例是否對稱旋轉(zhuǎn)對稱非球面二次曲面、旋轉(zhuǎn)高次曲面非旋轉(zhuǎn)對稱非球面圓柱面、復(fù)曲面、環(huán)形曲面等無對稱中心非球面自由曲面陣列表面光柵、菲涅耳透鏡、二元光學(xué)元件等外形尺寸大型非球面(口徑大于0.5m)應(yīng)用于天文望遠鏡、衛(wèi)星等中型非球面一般光學(xué)儀器，如顯微鏡、瞄準儀等微型非球面(口徑毫米或亞毫米量級)應(yīng)用于光通信、手機攝像頭等制造精度高精度非球面（精度納米量級）應(yīng)用于天文、光刻等高精密儀器中等精度非球面（精度1~4μm）如普通光學(xué)儀器中的物鏡、目鏡等低精度非球面（精度0.02~0.2mm）多用于非精密、非成像的大中型生民用設(shè)備精密干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)與應(yīng)用liudongopt@非球面的分類?

非球面檢測與球面檢測的不同

–消球差鏡無法得到零位條紋精密干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)與應(yīng)用非球面度：非球面與球面的偏離程度。

liudongopt@f1

R

[f

(x)

g(x)]

f1

R

[f

(x)

g(x)]

d

f2

lcos

1

2

3

4

l1

l2精密干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)與應(yīng)用liudongopt@cos

cos

cos

D1

設(shè)被測非球面形狀方程為

z

f

(x)，其面形誤差為g(x)，則檢測光線從A點到G點的光程為參考光線光程為

D0

2R

d

f2

l

l1'

l2

'探測器上所得到的光程差為

OPD

=

D

1

D0.零位檢測非零位

檢測非球面的實際面形

Wdet

12Wfigure

Eretrace

SAWasp

―

非球面面形SA

―

A點的非球面度

Eretrace―

回程誤差

S'A

SAWfigure

―

面形

W

det―

探測器平面波前

S―

入射檢測光線與最佳參考球交點

A―

入射檢測光線與被測非球面交點

S’―

從被測非球面返回的檢測光線與最佳參考球的交點12Wasp

Wdet

SA12Wasp

Wdet

Eretrace最佳球最小比較球?

將非球面當(dāng)做球面進行檢測結(jié)論：即使在小非球面度時，仍有較大誤差！Wfigure

Wdet

12

最佳球最小比較球?

將非球面當(dāng)做球面進行檢測Wfigure

Wdet

12

精密干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)與應(yīng)用liudongopt@1.064μm

0.6328μm精密干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)與應(yīng)用

10.6μmliudongopt@精密干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)與應(yīng)用liudongopt@32*3264*64128*128256*256512*512128*128256*256512*51264*64精密干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)與應(yīng)用liudongopt@

(W

W實際檢測系統(tǒng)系統(tǒng)計算機模型

檢測干涉圖真實面形（未知）模型中的干涉圖面形

Wdet

被測非球面的面形為精密干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)與應(yīng)用

Wdet

'

1Wasp

det

det

').

2

liudongopt@實際檢測系統(tǒng)系統(tǒng)計算機模型

檢測干涉圖真實面形（未知）模型中的干涉圖面形

檢測波前

模型中的波前

基于光學(xué)系統(tǒng)建模的逆向迭代優(yōu)化面形重構(gòu)(ROR)技術(shù)

D.

Liu,

T.

Shi,

L.

Zhang,

Y.

Yang,

Shen

Yibing.

“Reverse

optimization

reconstruction

of

aspheric

figure

error

in

a

non-null

interferometer,”

Appl.

Opt.

,

53,

5538-5546

(2014).精密干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)與應(yīng)用liudongopt@精密干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)與應(yīng)用liudongopt@精密干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)與應(yīng)用liudongopt@拋物面雙曲面橢球面精密干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)與應(yīng)用liudongopt@精密干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)與應(yīng)用liudongopt@精密干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)與應(yīng)用liudongopt@精密干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)與應(yīng)用liudongopt@Offner補償鏡Dall補償鏡精密干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)與應(yīng)用liudongopt@PZTGuide

railPNLMirrorBeamsplitterBeam

expanderLaser

CCDYzImagecaptureInterferogram

demodulation

and

wavefront

fitting

Full

aperture

reconstruction

by

ROR

PZTdriverGuide

raildriver

Asperic

under

testFive-dimensional

adjusting

frame光學(xué)系統(tǒng)計算機建模

系列化部分補償

透鏡檢測精度動態(tài)范圍

通用性通用數(shù)字化非球面檢測技術(shù)與系統(tǒng)研究Dong

Liu—Zhejiang

Universityliudongopt@RetraceFree--NASSI

波前及表面形貌