李春琦 1,2,3,4黄启泰 1,2,3,4,*任建锋 1,2,3,4
1 苏州大学光电科学与工程学院，江苏 苏州 215006
2 苏州大学苏州纳米科技协同创新中心，江苏 苏州 215006
3 苏州大学江苏省先进光学制造技术重点实验室，江苏 苏州 215006
4 苏州大学教育部现代光学技术重点实验室，江苏 苏州 215006
利用计算全息图（CGH）能够实现对非球面面形的高精度检测。为了提高CGH的编码效率，提出一种以圆弧为基元对刻线条纹进行分段描述的编码方法，该方法将编码过程分为二值化编码和曲线描述两个步骤。二值化编码采用牛顿迭代法将相位等高分界线离散化；曲线描述结合二分法及残余误差均方根最小准则，利用圆弧对条纹离散点进行编码计算，从而得到刻线条纹。针对一离轴非球面，进行了CGH的设计、编码与制作，在编码精度优于λ/1000的前提下，运算时间仅需3 h，编码文件仅为39 MB，刻蚀时长仅需40 min，证明所提方法相对于传统编码方法能够大幅度提高编码效率，且误差分析表明CGH的波前root-sum square（RSS）误差仅为0.00255λ，证明所提编码方法高效可行。
计算全息图 编码计算 圆弧 刻线条纹 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0809002
1 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，河南 洛阳 471009
2 空基信息感知与融合全国重点实验室，河南 洛阳 471009
针对离轴光学系统装调过程中自由度高且互相耦合的问题，提出一种新的离轴自由曲面反射式光学系统装调方法，采用计算全息图（CGH）实现多镜共基准定姿定态，解耦合系统各镜片的装调自由度，显著降低系统装调复杂度；分析CGH用于定姿定态时的定位精度，提高系统装调精度和效率，适应不同构型的离轴光学系统。利用上述方法，完成口径为、视场为的近红外长波红外双波段离轴反射式光学系统装调，全视场波像差RMS小于（），达到设计预期，装配周期短，成像质量优良。
光学设计 计算全息图 离轴三反 自由曲面
非球面反射镜通常使用零位补偿器配合干涉仪进行面形检测，因此零位补偿器的加工和装配精度直接决定了检测结果的可靠性。提出一种具备良好通用性的基于计算全息片（CGH）的补偿器误差标定方法。以一块Φ856 mm、f/1.54的双曲面反射镜作为待测非球面镜，首先设计反射式CGH，运用光线追迹法得到CGH的相位函数，使其引入的球差与待测非球面主镜的法线像差相同，再由ZEMAX仿真计算验证该设计的正确性，并根据相位函数加工出主全息。在同一块玻璃基片上设计和加工对准全息带用于标定光路的调整。实验结果表明，所制作的CGH标定零位补偿器的精度达到λ/80。可见对于大口径、快焦比的凹非球面反射镜，所提方法仍然适用，因此可用于指导多数正轴非球面镜的零位补偿器标定。
零位补偿器 干涉检测 计算全息片 相位函数 光线追迹 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0422001
1 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
2 电磁空间安全全国重点实验室，天津 300308
在多平面全息图的设计过程中，为了减小各平面之间的相互串扰，本文提出了一种改进的加权迭代多平面全息图生成方法，使用权值约束来减少各平面之间的相互影响，从而提高多平面全息显示的质量。通过对全息图的约束控制，可以使各平面的目标强度分布更均匀，并且在不降低计算速度的前提下，该方法相比于未进行约束控制时相当或具有更高的重建质量。为了验证结果，使用了相同和不同的目标图像，对6个离散平面的多平面全息图进行了数值模拟与实验验证。本文为高质量的多平面全息显示提供了一种新方法。
计算全息 多平面全息 三维显示 加权迭代 全息显示 光学学报
2023, 43(23): 2309001
1 中国科学院上海光学精密机械研究所精密光学制造与检测中心，上海 201800
2 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光材料重点实验室，上海 201800
3 中国科学院大学材料科学与光电子工程中心，北京 100049
随着激光脉冲宽度极限的不断突破以及峰值功率的不断提高，脉宽压缩光栅的尺寸需要进一步增大。但反射式曝光系统所需大口径长焦距离轴镜的高精度加工检测成为制约大口径光栅制作的难题。采用计算全息补偿检测不需要复杂的设计和装调，但同样会引入非回转对称和复杂的二维投影畸变。传统的畸变校正方法由于精度受限或计算复杂不利于工程应用。提出基于数值计算的畸变校正方法，该方法具有简单通用易于编程的优点。利用800 mm口径折反镜在直径为18 m光学平台上搭建了面形检测光路，通过系统误差标定去除以及畸变校正的方法实现了高精度面形测量，经磁流变迭代加工后，面形精度RMS可收敛至0.013λ（λ=632.8 nm），这为后续大口径反射式曝光系统的建立奠定了基础。
离轴抛物面镜 计算全息图 误差标定 投影畸变校正 中国激光
2023, 50(23): 2304002
同轴四反式光学系统的研制可采用非球面主镜和四镜一体化成型制造法，该方法极大地降低了系统零件复杂度，同时减轻了整机质量，提高了装机效率，但对后期光学系统装调的自由度产生了约束，因此，在镜面制造过程中，两者的光轴一致性需要精确测量及控制。在现有干涉测量法的基础上，提出了一种检测两面共体非球面镜光轴一致性的方法。在干涉检测光路中，两个非球面表面的光轴通过精密调整和严格标定后分别引出到两个计算全息片(CGH)补偿器上，CGH经过设计后，其特定区域可发出平行光，经另一片CGH反射后在干涉仪中形成表征两片CGH夹角的干涉条纹，解算干涉条纹的波前倾斜可得出两非球面的光轴偏差，对一两面共体待测非球面光学零件进行了CGH设计和检测光路的误差分析，显示测试精度可以达到1″。设计投产了CGH补偿器，搭建干涉检测光路，完成了光轴一致性的测量，数据处理解析出的波前倾斜为（1.544λ，0.441λ），计算出光轴夹角为(0.007 0°, 0.002 0°)，使用经纬仪复测的两片CGH的夹角为(0.007 1°, 0.001 9°)。使用轮廓仪法对干涉测量法结果进行了比对验证，分别扫描主镜和四镜的面形轮廓，统一坐标系后，主镜和四镜的光轴夹角为(0.007 1°, 0.002 0°)，三者显示出较高的一致性。该方法具有直观性强、检测精度高的优点。
光学检测 光轴一致性测量 计算全息 两面共体非球面 optical testing optical axis testing computer generated hologram two-sided community aspheric 红外与激光工程
2023, 52(9): 20230476
1 浙江师范大学物理与电子信息工程学院浙江省光信息检测与显示技术研究重点实验室，浙江 金华 321004
2 义乌工商职业技术学院，浙江 金华 322000
Lommel光束是由Lommel函数描述的一种结构复杂的无衍射光束，其光学形态可由阶数、不对称度、旋转角度等3个参数调控，三参数Lommel光束结构复杂，实验上较难产生。引入了一种复振幅调制技术来产生Lommel光束，利用罗曼型迂回相位编码法，对复杂波前的振幅和相位进行编码，构造出能够产生Lommel光束的二元计算全息图，然后使用全息直写打印系统，将由计算机构建的二元计算全息图加工成实振幅掩模板，实验制备了像素数高达35000 pixel×35000 pixel的掩模板，最终方便地产生了高质量的Lommel光束，该研究方法也为产生其他具有复杂结构的无衍射光束提供了思路。
无衍射光束 计算全息 罗曼型迂回相位编码法 全息直写打印系统 激光与光电子学进展
2023, 60(19): 1909001
1 中国科学院微电子研究所微电子器件与集成技术重点实验室，北京 100029
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130033
3 中国科学院大学集成电路学院，北京 100049
通过对计算全息图检测非球面的误差进行分析，提出了一种用于计算全息图检测非球面过程中图案位置误差引入的波前误差的标定方法。该方法先设计检测过程中所需要的辅助波前和检测波前在计算全息基板上所对应的相位分布，再通过光场叠加的方式得到复合相位。辅助波前用于计算实际位置与设计位置的偏差，进而计算出位置畸变引起的检测误差，并将其从系统中消除。检测波前用于得到与非球面匹配的波前，进而对非球面面形进行检测，并提出了图案位置误差引入的非球面波前差的计算方法。为评估该方法的可行性，将复合相位所对应的计算全息图导入衍射计算软件中进行仿真，同时得到了平面、球面和非球面各个级次的衍射光斑，证明了该方法的正确性。
光学设计 非球面 复合相位 计算全息 图案位置误差 绝对检测
