红外与激光工程
2023, 52(2): 20220593
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 中国科学院大学材料与光电研究中心,北京 100049
面向光学系统及光学车间现场波像差检测、长焦成像系统波像差检测等复杂易受外部干扰的应用场景,本团队提出了一种基于偏振同步相移的双光纤点衍射干涉技术,用于光学成像系统波像差的实时动态检测。该技术采用短相干长度光源与单模保偏光纤产生两个点源,这两个点源可以输出正交线偏振光;在光路中加入四分之一波片,采用微偏振阵列相机实现了基于单幅干涉图的空间同步相移。通过衰减器调节两束光的光强比,可以实现干涉条纹对比度的调节。搭建了基于该技术的实验装置,并采用该装置对5X透射式微缩投影物镜波像差进行了测量,测得其波像差均方根(RMS)为10.49 nm。在低频振动噪声环境下进行了32次重复性测量,重复测量精度为0.17 nm,实现了待测投影物镜波像差的高精度实时动态检测。实验结果验证了所提检测技术的有效性。
测量 点衍射 偏振相移 波像差检测 干涉测量 中国激光
2022, 49(21): 2104001
红外与激光工程
2022, 51(3): 20210140
1 西安工业大学光电工程学院,陕西 西安 710021
2 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室,陕西 西安 710049
点衍射干涉仪中小孔的对准情况直接决定小孔衍射光斑的形状及位置,也影响着后续光路的布置。基于瑞利-索末菲衍射理论,对非对准高斯光束入射下的小孔衍射光强分布进行了研究,给出了平移、离焦、倾斜三种对准误差下的光强分布解析表达式,分析得出了不同直径小孔在不同对准误差下的衍射光强分布情况。研究表明:平移对准误差会使衍射光斑形状发生变化,但对衍射光斑中心的位置没有影响,随着平移对准误差的增大,沿平移方向的第一暗环呈月牙状并逐渐消失;离焦对准误差对衍射光斑的位置和形状均无明显影响,但衍射光强值会随着离焦量的增加而减小;倾斜对准误差会使衍射光斑中心位置发生偏移,但衍射光斑的形状不会发生变化,并且偏移方向与斜入射方向一致,偏移量与倾斜角之间呈线性关系。
衍射 点衍射 衍射光强 对准误差 干涉测量 激光与光电子学进展
2021, 58(19): 1905001
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 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
提出了一种用于测量高精度成像系统的双孔点衍射干涉仪,具有高光场均匀性、高可测量数值孔径、准共光路、相移元件在系统成像光路以外的优点。设计了两种测量模式,点衍射测量模式和系统误差测量模式,其中系统误差模式用于标定干涉仪的系统误差。分别搭建了双孔点衍射干涉和双光纤点衍射干涉的实验装置,完成了对设计波像差小于0.045λ RMS,5×透射式投影物镜的检测实验。实验结果表明,与双光纤点衍射干涉仪对比,双孔点衍射的波像差测量相对误差为0.07 nm RMS,且干涉图具有更加良好的光强均匀性。验证了本文检测技术的有效性。
测量 点衍射 针孔点衍射 波像差检测 干涉测量
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 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049
为了抑制环境振动引入的测量误差,实现对球面光学元件面形的动态检测,提出了一种基于微偏振片阵列的反射式针孔点衍射干涉系统。该干涉系统使用短相干激光光源获得两束相干光,通过调节两束偏振光的光强比调节干涉条纹的对比度,利用集成微偏振片阵列CCD相机采集的单帧图像获得4幅相移干涉图,实现动态检测。用该干涉系统和ZYGO干涉仪测量同一凹面镜样品,得到的面形结果相吻合,验证了该干涉系统测量结果的准确性。在实验测量平台上外加电动机产生振动条件,结果表明,当振动速度小于16 μm/s时,都可得到较准确的面形测量结果,表明该干涉系统的抗振性能较好。
测量与计量 干涉测量 球面面形 点衍射干涉仪 偏振相移 中国激光
2020, 47(10): 1004003
浙江大学光电科学与工程学院, 浙江 杭州 310027
提出一种基于波导理论的针孔点衍射波前分析方法。该方法将针孔作为圆形波导,采用解析法求解波导的模式进而得到针孔后端面电场分布;根据矢量衍射理论推导出衍射波前的远场分布,最后详细分析了针孔透光率、衍射波前的强度与相位。结果表明,波导边界条件使针孔后端面各电场分量旋转不对称,使像散成为衍射波前的主要像差。为使透光率大于0,针孔直径必须大于0.6λ(λ为波长),以保证针孔中存在满足波导传输条件的模式。衍射波前两电场分量振幅分布的不同使衍射波前强度分布不具有旋转对称性,两者的相位差使衍射波前成为椭圆偏振光。该仿真结果为点衍射干涉仪中针孔结构的设计提供了重要的参考。
测量 点衍射波前 电磁光学 光学仪器 光学学报
2019, 39(11): 1112001
1 南京理工大学 先进发射协同创新中心, 江苏 南京 210094
2 南京理工大学 电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
为了实现光学元件位相缺陷的大视场、高分辨率、瞬态检测, 设计了一种基于无镜成像算法的反射式剪切点衍射干涉仪。该干涉仪通过在参考光与测试光之间引入横向错位量, 形成高密度线性载频, 利用快速傅里叶变换算法从单幅干涉图中提取待测波面信息, 实现缺陷的瞬态测量。利用无镜成像算法抑制了缺陷的衍射效应, 总结了有效的缺陷类型辨别方法。实验检测了强激光系统中的一块光学平晶, 验证了所提缺陷类型判据的正确性。此外, 采用反射式剪切点衍射干涉仪对一块激光毁伤的光学平板进行检测, 测试结果与Veeco NT9100白光干涉仪测量结果相比, 相对误差为2.1%。结果表明, 该干涉仪能够有效应用于检测大口径光学元件的位相缺陷。
干涉测量 瞬态测量 点衍射 位相缺陷 无镜成像 interferometry simultaneous measurement point diffraction phase defect lensless imaging 光学 精密工程
2018, 26(12): 2873
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
3 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
针对目前尚无高精度通用倍率测量方法与装置的问题,提出了基于双光纤点衍射干涉仪的成像系统倍率高精度测量方法。通过分析双点光源间距、CCD相机空间位置与点衍射干涉场相位Zernike多项式系数之间的定量关系,得到物面光纤间距和像面光纤像点间距的纳米级精度测量值,进而完成对倍率的高精度测量。分别进行仿真分析和实验验证,证明了所提测量方法的可行性和稳定性。结果表明,倍率测量的扩展不确定度为2.64×10
-6。所提出的成像系统倍率高精度测量方法具有测量精度高和测量效率高的特点,且具备高可靠性,可以用于显微物镜、光刻投影物镜等高精度成像系统倍率的超高精度测量。
测量 倍率 Zernike多项式 点衍射干涉法