1 昆明北方红外技术股份有限公司, 云南 昆明 650217
2 昆明物理研究所, 云南昆明 650223
3 云南开放大学光电与通信工程学院, 云南昆明 650223
4 陆军装备部驻重庆地区军事代表局驻昆明地区第二军事代表室, 云南昆明 650032)
本文提出了一种基于红外激光干涉仪检测非球面面形的新方法, 分为 3个步骤: 首先, 利用红外激光干涉仪测量分析出非球面与标准球面之间的波像差; 然后, 根据非球面方程得出非球面与标准球面之间波像差的理论值; 最后通过计算得出非球面的面形偏差。为验证这一方法的正确性和可靠性, 采用 ZYGO可见光干涉仪, 使用补偿镜法测量了同一块抛物面反射镜的面形误差。结果表明, 两种测量方法结果吻合。本新方法方便快捷, 具有较强的通用性, 可以用于非球面在加工过程中的面形测试。
红外激光干涉仪 非球面面形 波像差 infrared laser interferometer aspheric surface wave front aberration
1 长春理工大学 光电工程学院，长春30022
2 长春理工大学 空间光电技术国家与地方联合工程研究中心，长春1300
3 深圳鹏城实验室，广东深圳518052
光信号在大气湍流中发生畸变，畸变光信号经过有缺陷的光学天线和空间光混频器后，存在混频效率低及抖动的问题。针对空间输出型和单模输出型的90°空间光混频器，推导了带初级像差的90°空间光混频器模型，并研究了湍流对混频效率的影响。仿真结果表明，对于探测器靶面半径为50 μm的空间输出型混频器，像差量为0.2λ的倾斜、球差、离焦、彗差和像散分别导致混频效率下降9.8%、0.6%、0.36%、0.02%和0.01%。对于单模输出型混频器，像差量为0.2λ的倾斜、像散、离焦、彗差和球差分别导致混频效率下降14.11%、8.39%、6.35%、2.63%和1.13%。湍流强度Cn2小于6.4×10-17 m-2/3时，空间输出型比单模输出型混频器的混频效率高19%以上，在湍流强度Cn2大于6.4×10-16 m-2/3时，两者混频效率接近于0。最后设计加工了空间输出型和单模输出型90°混频器，并搭建性能测试平台。对于探测器靶面半径为50 μm的空间输出型混频器，像差量为0.2λ的倾斜、球差和离焦导致混频效率下降52%、10%和6%；对于单模输出型混频器，像差量为0.2λ的倾斜、像散和离焦导致混频效率下降65%、24%和11%，其他像差对混频效率没有影响。湍流对混频器性能影响的实验结果显示，空间输出型光混频器中频信号值的标准差为21.388，该值远低于单模输出型标准差247.442。
空间相干光通信 90°空间光混频器 波前像差 大气湍流 混频效率 Space coherent optical communication 90° space optical hybrid Wave-front aberration Atmospheric turbulence Hybrid efficiency
为了能够预知空间低温光学系统成像质量, 提出了一种高精度测试低温真空环境下F数小、后截距短的光学系统波像差的方法。首先, 分析设计测试光路, 对低温光学系统、干涉仪以及平面镜等进行布局, 为波像差测试做好准备工作; 然后, 对低温真空标准透镜、标准平面镜、窗口玻璃等关键部件进行分析与设计, 测试时作为系统误差项扣除; 最后, 调试测试光路, 分别得到常温常压和低温真空环境(低温温度为100 K, 压强为1×10-4 Pa)下光学系统波像差。通过精度验证实验表明, 测量值与标准值偏差为0.010λ(λ=632.8 nm), 差别很小,证明了该测试方法的可行性。解决了光学遥感系统特别是F数小、后截距短在低温真空环境下波像差难以高精度测试或无法测试的难题。
低温真空测试 波像差 干涉测量 cryogenic vacuum test wave front aberration interferometry 红外与激光工程
2018, 47(7): 0717004
针对折反式长波线阵红外传感器的探测距离远、大口径小焦比、无法凝视成像等结构特点与使用要求, 提出了一种高精度、流程化、参量化的装调技术, 首先保证主反射镜装调后的面型精度, 利用准直光管与三坐标测量机严格量化控制主、次镜之间的光学间隔, 然后通过波像差测试手段对主、次镜的相对倾斜与径向偏移进行调校; 再利用基准转换的方法, 保证主、次镜系统与中继镜组光轴一致; 最后装配线阵探测器, 利用周扫工装反射镜, 进行像面与光轴的调校。文中介绍了装调过程中采用的非球面激光定心、微应力粘接装配、中空主次镜光学间隔调校、中继镜“逐片”定心、线阵探测器周视装调等关键技术, 结果表明: 运用该技术装调后, 探测器 MDTD可达到 4 K, 外场探测距离可达 60 km以上, 满足设计指标要求。
装调 红外传感器 波像差 光学间隔 中心偏差 alignment infrared sensor wave front aberration optical interval centering errors
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
在分析Ronchi 相移剪切干涉仪典型系统参数的基础上，系统研究了该干涉仪相位提取精度的主要影响因素。结合传统的五步相移算法，采用所提出的八步与十步相移算法，对Ronchi相移剪切干涉仪的相位提取误差进行理论分析和仿真计算。仿真结果说明，八步和十步相移算法可以有效地消除多级衍射光寄生干涉对相位提取精度的影响，且十步相移算法比八步相移算法具有更高的相位提取精度；为了提高测量精度，要求相移误差优于2%；探测器位数大于10位；光栅周期误差小于1%；光源空间相干性低于0.1。通过采用不同的相移算法、剪切率和光源空间相干性的三组对比实验，对理论分析的正确性进行了验证。
测量 干涉测量 Ronchi相移剪切干涉仪 波像差检测 相位提取误差 光刻投影物镜
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
Ronchi剪切干涉采用扩展光源调制光场空间相干性，具有干涉仪结构简单、共光路、零条纹检测等优点，适合用于光刻机投影物镜波像差原位检测。基于Ronchi剪切干涉的投影物镜波像差检测技术及系统，根据光栅衍射和空间相干性理论推导了Ronchi剪切干涉场的表达式。针对Ronchi剪切干涉仪多级衍射光寄生干涉对相位提取精度的影响，提出了一种十步相移算法，有效地消除±9 级以内多级衍射的影响，理论上相位提取误差峰谷(PV)值为0.0046 λ ，均方根(RMS)值为0.0019 λ ，实验数据验证了理论推导的正确性和相位提取算法的有效性。
测量 Ronchi剪切干涉 相位提取 波像差检测 光刻投影物镜
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
设计了1.23 m地基望远镜自适应系统的非共光路标定系统。针对自适应光学系统非共光路像差检测中遇到的问题, 构造了离焦量不可测情况下的相位差异法的评价函数。利用多通道约束波前的解集和像差检测与变形镜调整互相迭代最终收敛的办法, 弥补了测量条件不理想对像差检测的影响。与双通道相位差异法相比, 多通道相位差异法对目标光源形状的容忍力更强, 理论上对波前求解精度更高。将该方法应用于1.23 m地基望远镜自适应系统的非共光路静态像差测量中, 取得了良好的效果, 使光路装调更加方便。通过改变变形镜的初始偏置对测得的像差进行校正, 提高了望远镜光学系统的成像质量。
自适应光学 波前探测 非共光路检测 多通道相位差异法 adaptive optics wave-front aberration detection calibration of no-common path aberration multi-channel phase-diversity wave-front sensing 光学 精密工程
2014, 22(12): 3175
1 中国人民解放军91550部队, 辽宁 大连 116023
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
针对RC(里奇-克莱琴)光学系统主次镜都为双曲面且轴外视场像散较大的特点, 需要对这类光学系统的加工和装调过程进行分析, 以明确加工误差和测试失调量对光学系统的影响。利用干涉仪和光学设计软件Zemax, 对这类光学系统的光学特性进行分析。通过测试波像差与Zemax模拟结果的比对, 完成了对加工误差和失调量的准确判断。经过对加工误差和失调量的正确修改, 使光学系统的性能达到设计要求。
波前像差 RC光学系统 wave front aberration Zemax Zemax RC optical system
1 南京航空航天大学 机电学院, 南京 210016
2 上海航天控制技术研究所, 上海 200233
为了满足自适应光学系统实时快速的工作要求, 将自动控制理论引入到自适应光学系统中, 在不改变系统硬件性能的基础上对系统的控制部分进行了研究。首先, 对自适应光学闭环控制系统进行分析, 将其模块化并建立相应的数学模型;其次, 在自动控制理论基础上设计控制器和相应的控制算法, 并分析了控制器的性能;最后, 将自动控制理论的控制方法与人眼波前像差校正相结合, 使控制算法应用到自适应光学系统波前像差的校正中。结果表明, 相对于传统的自适应光学系统控制方法(纯积分控制和比例-积分控制), Smith预补偿控制使自适应光学控制系统具有较高的闭环带宽和较好的动态、稳态控制性能;在模拟人眼波前像差迭代校正过程中, Smith预补偿控制器校正残余像差的快速性最好;在实际人眼动态像差校正中, Smith预补偿控制校正的残余像差值达到最小,有利于自适应光学控制系统优化。
集成光学 自适应光学 纯积分控制 比例-积分控制 Smith预补偿控制 波前校正 integrated optics adaptive optics integrator control proportion-integration control Smith estimating precompensation control wave-front aberration correction
中国科学院上海光学精密机械研究所 中国科学院空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
直视合成孔径激光成像雷达采用内发射场直接波面变换平动扫描发射，通过自差接收实现高分辨率成像。由于远场目标位置的光场分布取决于内发射光场，因此内发射场的波前像差会对激光雷达图像质量产生影响。采用Zernike多项式描述波前像差，对初级像差造成直视合成孔径激光成像雷达的成像影响进行了研究，理论分析和仿真结果表明：离焦、象散、彗差和球差对成像的影响最为严重，像差越大，其对成像分辨率的影响也越大。当像差的均方根值小于0.05λ时，对成像分辨率的影响很小，当像差的均方根值为0.25λ时，其象散和彗差引起成像分辨率近似增大到原来的3倍。彗差和球差还造成不同目标位置的成像分辨率不同，离中心位置越远，成像分辨率增加越快。
遥感 直视合成孔径激光成像雷达 波前像差 内发射场 Zernike多项式
