针对目前检验方法制约大口径、大相对孔径凹非球面反射镜的应用,提出一种基于贴合双透镜的大口径、大相对孔径凹非球面检验方法。与Offner检验方法不同,检验光路中的透镜在反射前后的光路中分别作为校正透镜和自准镜。根据三级像差理论推导初始结构,给出利用单透镜和贴合双透镜检验凹抛物面的残余像差曲线图,并对其进行分析。实验结果表明,自准校正透镜位于共轭后点前的检验方法可以用于大口径、大相对孔径凹非球面反射镜的检验。所提方法从加工、装配和使用等方面考虑更简单方便,为凹非球面检验提供新的思路,并且为利用三透镜检验更大口径和相对孔径的凹非球面打下基础。

针对凸非球面大口径、大相对孔径、全口径检验难的问题,提出了一种利用自准校正单透镜检验凸非球面的方法。该方法通过在单透镜的凸面镀半反半透膜构成自准校正透镜,校正非球面的球差,从而实现大口径凸非球面的全口径检验。依据三级像差理论,推导了初始结构参数计算公式,介绍了检验光学系统的设计方法;对口径为240.62 mm、相对孔径为0.48的凸扁球面光学检验系统进行了模拟设计。系统优化后的残余波像差峰谷(PV)值为0.00025λ,均方根(RMS)值为0.0001λ(λ=632.8 nm)。将该方法用于工程项目中口径为287 mm、相对孔径为0.74的凸双曲面反射镜检验中,测得镜面RMS为0.021λ,验证了该方法的可行性。最后对该方法的适用性以及像差校正能力进行分析。研究结果表明:该方法可以实现任意偏心率凸非球面的全口径检验,在大口径、大相对孔径凸非球面全口径检验时具有较大优势。

为解决凸双曲面检验中因辅助反射镜的口径过大而导致其加工困难的问题,提出一种可用于检验凸双曲面反射镜的方法。在Hindle法的基础上,利用校正透镜和球面反射镜组成消像差系统,通过设计检验光路缩短了辅助反射镜与待检双曲面镜的距离。该方法不但可以减小辅助反射镜的口径,而且能够维持待检双曲面镜的有效口径不变。根据三级像差理论推导公式,设计口径为800 mm,顶点曲率半径为1800 mm,二次曲线常数为-2.25的大口径凸双曲面的检验光路。对所设计的检验光路进行分析,结果显示:其残余像差峰谷值为0.0003λ(λ=632.8 nm),均方根误差为0.0001λ。这表明该方法可以用于检验大口径、大相对口径凸双曲面,并且具有辅助面口径小、检验系统的长度较短的优点。

凸非球面的面形检测是光学检验中的一大难题,提出了一种利用半反半透凹面自准单透镜检验凸非球面反射镜的方法。单透镜由凸、凹两个球面构成,凹面为半反半透自准面,使经非球面反射的光线可沿原路返回,从而实现补偿检验。该方法具有结构简单、检测能力强、无中心 遮拦等优点。基于三级像差理论推导了检验系统的初始结构计算公式,给出了不同凸非球面反射镜检验系统的关键参数关系曲线。以 r03=2000 mm 、 e2=－2.4 的凸非球面反射镜为例,求解相应初始结构参数,利用Zemax软件优化得到了系统残余波像差小于 0.05λ 。设计和仿真结果表明所提出的半反半透凹面自准单透镜的检验方法有利于检验各类凸非球面反射镜。

在地面环境检测的空间反射镜面形主要是镜面加工残差和重力支撑变形等耦合的结果.为实现1.2 m轻量化空间反射镜的重力支撑变形分离, 通过测量镜面在等梯度支撑力下的面形, 由镜面力学响应得到镜面畸变和支撑力变化的关系, 以此作为界定有限元分析结果和优化有限元模型的依据.将由修正模型得到的重力支撑面形畸变从反射镜面形检测结果中移除, 即可得到反射镜加工残差.研究表明, 修正后的模型对100 N支撑力变化引起的面形畸变与实测结果误差≤0.001λ, 面形检测为1/30λ的空间反射镜, 其无重力和支撑影响的加工残差优于1/40λ.该结果不仅能指导反射镜面形的高精度抛光, 还可提高最终系统装调精度.

针对非球面反射镜在抛光初期干涉仪不能全口径检测面形误差的问题,提出一种三坐标测 量机(CMM)和数字干涉仪组合测量以实现全口径波前复原的方法。将CMM与干涉仪测量数据组合, 即面形误差以干涉测量为主,干涉检测不能复原的局部波前采用CMM测量数据进行精细重构,从 而获得可用于数字化加工的全口径面形误差,并最终达到非球面镜全口径干涉检测。采用该方 法对Φ为540 mm的离轴非球面反射镜在精磨后期进行数据组合补偿,成功实现了反射镜从精磨阶段 到抛光阶段的全口径波前检测,从而证明了该方法对实现非球面镜全口径检测有效可行。

零位补偿检验是现代光学用于检测非球面的主流方法。根据实际检测需要，提出既可进行补偿检验，又可进行干涉检验的一种新型干涉零位补偿检验方法。干涉零位补偿检验的原理是：在零位补偿检验的基础上，将零位补偿系统的第一面改为与激光点光源同心的参考面，从同心参考面反射回来的参考波面与通过零位补偿检验系统的待检非球面反射回来的待检波面相干涉实现干涉零位补偿检验的目的。依据三级像差理论，设计了零位补偿检验的光学系统，给出像差理论分析和实际设计评价结果，当待检非球面镜的孔径角2u 小于1 4.5 时，系统的剩余波像差优于λ/170 。通过对该方法进行原理性实验，充分证实，干涉零位补偿检验是行之有效的。

为了实现大口径凸非球面的高准确度检测, 提出了凸非球面背向零位补偿检验方法.该方法在非球面背面引入辅助球面并在光路中加入球面补偿透镜来达到零位补偿检验.辅助球面既可以使凸非球面等效为凹非球面, 还可以补偿部分非球面法线像差.依据三级像差理论, 对辅助球面曲率半径及补偿透镜结构参量进行初始结构求解, 并编写了求解初始结构软件, 再利用光学设计软件对初始结构进行优化, 优化结果满足设计要求, 使凸非球面背向零位补偿检验理论化.在实际应用中, 以Φ120 mm凸非球面为例设计了凸非球面背向零位补偿检测系统, 检测系统设计的剩余波像差PV为0.024λ、RMS为0.007λ.利用此检测方法加工完成后的凸非球面的面形准确度优于λ／40.

利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术，研究了延迟时间、激光能量和激光脉冲重复频率对掺Er3+光学玻璃等离子体发射光谱的影响。给出了获得谱线品质优良的实验条件，并标定Er II 337.27 nm，Er II 349.91 nm为分析谱线。实验结果表明：样品在ICCD采集延时为175 ns时可以避免等离子体产生初期背景噪声对谱线的影响;谱线强度和信背比随激光能量增加而变化，在75 ～100 mJ间呈线性变化，随后呈缓变增加，激光能量大于120 mJ后呈下降趋势，但谱线强度最大值出现时间随激光能量增加而变短;在激光能量120 mJ，延迟时间为175 ns时，谱线强度随激光脉冲重复频率(1～10 Hz)增加而增加，但重复频率为3.3 Hz时谱线强度测量相对标准误差最小，其RSD为3.8%。由此可见通过实验合理确定延迟时间、激光能量和激光脉冲重复频率，有利于提高激光诱导击穿光谱分析的精确度。

利用Omni-λ300系列光栅光谱仪、 CCD数据采集和处理系统以及光纤导光系统等构成的等离子体光谱分析系统, 实现了实时获取射频磁控溅射过程中等离子体光谱, 分别对NiTa, TiAl陶瓷靶, NiAl, TiAl合金靶四种靶材的磁控溅射过程产生的等离子体进行监测, 以TaⅡ333.991 nm, NiⅠ362.473 nm, AlⅠ396.153 nm和TiⅠ398.176 nm为分析线, 获得了分析谱线强度随时间的变化规律, 并以此为依据确定了预溅射时间, 同时研究了不同溅射功率和压强对预溅射时间的影响。