衍射主镜面外拼接误差分析 
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Piston and Tip-Tilt Error Analysis of Segmented Diffractive Lens
1 中国人民解放军陆军工程大学电子与光学工程系, 河北 石家庄 050000
2 中国科学院重庆绿色智能技术研究院集成光电研究中心, 重庆 400714
3 跨尺度制造技术重庆市重点实验室, 重庆 400714
图 & 表
图 1. 衍射拼接主镜示意图
Fig. 1. Schematic of segmented diffractive lens
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图 2. 子镜光路示意图
Fig. 2. Light path of segmented lens
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图 3. 子镜面外拼接误差分析流程图
Fig. 3. Flow chart of piston and tip-tilt error analysis of segmented lens
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图 4. (a)失调子镜点列图;(b)对应的ZEMAX结果
Fig. 4. (a) Spot diagram of disorder segmented lens; (b) corresponding results of ZEMAX
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图 5. 子镜倾斜误差计算结果。(a)1号子镜沿x'轴倾斜100 μrad时的波前像差;(b)与(a)图对应的ZEMAX计算结果;(c)19号子镜沿y'轴倾斜100 μrad时的波前像差;(d)与(c)图对应的ZEMAX计算结果
Fig. 5. Calculated results of tilt error of single segmented lens. (a) Wavefront aberration of segmented 1 tilted by x' axis with 100 μrad; (b) results of ZEMAX corresponding to Fig. (a); (c) wavefront aberration of segmented 19 tilted by y' axis with 100 μrad; (d) results of ZEMAX corresponding to Fig. (c)
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图 6. BP神经网络结构图
Fig. 6. Diagram of BP neural network structure
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图 7. 内圈子镜无噪声
Fig. 7. Inner segmented lens without noise
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图 8. 外圈子镜无噪声
Fig. 8. Outer segmented lens without noise
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图 9. 内圈子镜添加噪声
Fig. 9. Inner segmented lens with noise
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图 10. 外圈子镜添加噪声
Fig. 10. Outer segmented lens with noise
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表 1各子镜位置与对应误差类型及数值
Table1. Position of segmented lens and corresponding error type and value
| Segmented number | Segmented origin | Error type | Value |
|---|
| Conf 1 | (227.1, 39.3) | α /μrad | 100 | | Conf 5 | (0.7, 230.5) | β /μrad | 200 | | Conf 9 | (-226.9, 40.7) | β /μrad | -400 | | Conf 19 | (335.0, 58.0) | β /μrad | 200 | | Conf 30 | (-219.3, -259.8) | α /μrad | 300 | | Conf 33 | (115.3, 319.8) | Δz /μm | -50 |
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表 2ZEMAX与MATLAB倾斜误差对比
Table2. Tilt error comparison of ZEMAX and MATLAB
| Item | ZEMAX/λ | MATLAB/λ |
|---|
| Peak-valley | RMS | | Peak-valley | RMS |
|---|
| Inner segmented | 0.0536 | 0.0129 | 0.0538 | 0.0129 | | Outer segmented | 0.1744 | 0.0437 | 0.1786 | 0.0447 |
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表 3子镜面外拼接误差边界范围
Table3. Boundary range of piston and tip-tilt error of segmented lens
| Unit | α /μrad | β /μrad | Δz /μm |
|---|
| Inner segmented | -550-550 | -550-550 | -65-65 | | Outer segmented | -160-160 | -160-160 | -28-28 |
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表 4BP神经网络拟合误差
Table4. Fitting error of BP neural netwrok
| Index | RMS of inner segmented lens | RMS of outer segmented lens |
|---|
| Without noise | With 3% noise | | Without noise | With 3% noise |
|---|
| α /rad | 3.3×10-7 | 2.9×10-5 | 2.3×10-7 | 2.1×10-5 | | β /rad | 3.4×10-7 | 2.0×10-5 | 4.5×10-8 | 1.2×10-5 | | Δz /m | 3.3×10-8 | 3.4×10-6 | 7.4×10-9 | 2.8×10-6 |
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李韬杰, 吴鹏, 尹韶云, 杨正, 杜春雷, 汪岳峰. 衍射主镜面外拼接误差分析[J]. 光学学报, 2018, 38(2): 0211002. Taojie Li, Peng Wu, Shaoyun Yin, Zheng Yang, Chunlei Du, Yuefeng Wang. Piston and Tip-Tilt Error Analysis of Segmented Diffractive Lens[J]. Acta Optica Sinica, 2018, 38(2): 0211002.
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