1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春 130033
2 中国科学院大学，北京100049
单光楔补偿检测法具有良好的适用性、鲁棒性和灵活性，但是在检测光路中存在多种误差耦合，误差解耦困难，影响了单光楔补偿检测的精度和可信度。针对这一问题，本文提出一种计算全息法(Computer Generation Hologram, CGH)标定单光楔补偿检测光路系统误差的新方法。文中首先分析了单光楔补偿检测法系统误差的来源，并对CGH标定光楔补偿器的可行性进行了分析。结合工程实例，对口径为150 mm的单光楔补偿器设计了CGH，经分析可得CGH的标定精度为1.98 nm RMS，CGH标定后单光楔补偿检测精度为3.43 nm RMS，该精度能够满足大口径凸非球面反射镜的高精度检测要求。结果表明：CGH可以准确标定单光楔补偿器的位姿和检测光路的系统误差，解决了检测光路中误差解耦困难的问题，提高了单光楔补偿检测的准确性和可靠性。使用CGH标定得到Tap#2和Tap#3的检测光路系统误差分别为0.023λRMS和0.011λRMS。
计算全息 光学检测 衍射 光楔 computer generation hologram optical test diffraction optical wedge
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室, 吉林 长春 130033
3 中国科学院大学, 北京 100049
为使拼接式望远镜的分辨率接近等效口径的衍射极限,各子镜必须具有极高的共面精度。针对拼接式望远镜的共相问题,首先,研究了拼接式望远镜光学共相探测中瞳面共相探测技术和焦面共相探测技术的原理。然后,总结了各项光学共相探测技术的优缺点、适用领域以及未来发展趋势。最后,分别为大平移误差、大倾斜误差的探测问题提供了解决方案。
测量与计量 拼接式望远镜 波前探测 平移误差 倾斜误差 激光与光电子学进展
2020, 57(23): 230102
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为满足空间成像领域对大口径、轻量化、高衍射效率光学衍射元件的需求, 研究了薄膜衍射元件微结构设计及制作工艺。应用Zemax光学软件设计了320 mm口径, F/#100的四台阶薄膜菲涅尔衍射元件, 并利用Matlab软件将连续位相结构转化为离散化台阶分布。研究了薄膜菲涅尔衍射元件的制作技术, 选用透明聚酰亚胺薄膜作为基底材料, 以石英玻璃作为复制模板, 通过多次旋涂的方式实现了厚度为20 μm的衍射薄膜制作。应用Solidworks软件设计并加工薄膜支撑装置。测量复制基板及薄膜对应区域的微结构, 实验结果表明条纹线宽转移偏差小于1.3%, 台阶深度偏差小于8.6%。搭建光路测试在波长632.8 nm处衍射效率平均值为71.5%, 达到了理论值的88%。实验结果表明, 制作的薄膜重量轻, 复制精度高, 并且具有高衍射效率, 满足空间望远镜的应用要求。
大口径 菲涅尔衍射元件 聚合物薄膜 聚酰亚胺 衍射效率 large aperture Fresnel diffractive element polymer membrane polyimide diffraction efficiency 红外与激光工程
2017, 46(9): 0920001
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室, 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 光电技术研发中心, 长春 130033
为提高衍射效率, 设计并制作了口径为300 mm的衍射成像系统.该系统的物镜是由一块四台阶位相型菲涅尔波带片通过激光直写套刻和Ar离子束物理刻蚀技术在石英玻璃基板上加工而成.测试了衍射物镜的衍射效率, 实验结果表明: 衍射物镜在波长632.8 nm处的衍射效率为66.4%, 达到理论值的82%.搭建了衍射成像系统光路, 分别采用10 μm星点孔与分辨率板, 测试了系统的成像性能.实验测得星点像直径为44 μm, 分辨率板的极限分辨率达到84 lp/mm, 接近该系统的理论计算值, 表明该衍射成像系统具有较好的成像性能.
光学设计 空间望远镜 衍射元件 衍射效率 成像性能 Optical design Space-based telescope Diffractive element Diffraction efficiency Imaging performance
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Optical System Advanced Manufacturing Technology of the Chinese Academy of Sciences, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
The demand for space-borne telescopes with an aperture of 20 m is forcing the development of large diameter diffractive Fresnel zone lenses (FZLs) on membranes. However, due to the fabrication errors of multi-level microstructures, the real diffraction efficiency is always significantly smaller than the theoretical value. In this Letter, the effects of a set of fabrication errors on the diffraction efficiency for a diffractive membrane are studied. In order to verify the proposed models, a 4-level membrane FZL with a diameter of 320 mm is fabricated. The fabrication errors of the membrane FZL are measured, and its diffraction efficiency in the +1 order is also tested. The results show that the tested diffraction efficiency is very close to the calculated value based on the proposed models. It is expected that the present work could play a theoretical guiding role in the future development of space-borne diffractive telescopes.
050.1965 Diffractive lenses 160.5470 Polymers 120.4610 Optical fabrication Chinese Optics Letters
2016, 14(12): 120501
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光学系统先进制造技术重点实验室, 吉林 长春130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
计算全息图(CGH)在非球面、自由曲面等光学元件的高精度检测中发挥着重要作用。激光直写机床导轨的正交性误差会影响CGH 图案的绘制精度，进而在面形检测结果中引入像散误差。为定量研究激光直写机床导轨正交误差对CGH检测结果的影响，利用标量衍射理论，建立激光直写机床导轨角度误差模型，以CGH对准区域图案为例对机床导轨正交性误差的影响进行分析。实验结果表明在机床导轨正交性误差为800 μrad时的均方根（RMS）值、峰谷值（PV）值和Zernike像散系数与理论值分别相差2.26%、2.33%、1.72%，从而验证所建立误差模型的正确性。
测量 计算全息图 激光直写 标量衍射理论 对准区域 正交性误差 光学学报
2016, 36(10): 1012005
