1 四川大学电子信息学院，四川 成都 610065
2 四川大学空天科学与工程学院，四川 成都 610065
提出了一种测量成像透镜轴外点波像差的方法。基于逆哈特曼原理建立了逆光线追迹模型，通过标定的系统参数，测量了透镜轴外视场点的波像差。通过模拟和实验，对该方法进行了验证，并对实验误差进行了分析。实验测量了有效孔径为60 mm的平凸透镜在不同视场下的波像差，将实验结果和模拟结果进行了对比分析，并且分析了轴外点初级像散和初级彗差随视场和入瞳孔径的变化规律。该方法具有测量动态范围大、测量系统结构简单、实验设备成本低廉、测量环境易实现等优点，并且无需复杂的相机标定过程，为透镜的轴外点波像差测量提供了一个可行方案。
测量 透射波前检测 相位测量偏折术 波像差 轴外点 中国激光
2022, 49(21): 2104003
采用滤光片进行带通滤光是航天遥感相机实现多谱段成像的主要手段。滤光片一般使用平板玻璃作为基体，在平板玻璃两个通光表面镀带通的光学膜层，实现滤光的作用。所以对于滤光片而言，可以使用平面波透射波前评价其成像性能。干涉仪使用的测量光为单波长，无法实现全谱段覆盖。随着滤光片使用谱段数量的不断增加，干涉仪激光波长将不在滤光片的带通范围内，导致无法对其透射波前进行测试。为了解决滤光片带通谱段不包含干涉仪使用波长下的透射波前评价难题，提出了一种解决方案，使用单谱段干涉仪，结合滤光片镀膜前的前、后表面面形和透射波前、镀膜后的前后表面面形数据，研发了一种平面波透射波前的计算算法，得到仿真的镀膜后滤光片的透射波前数据，并以此来评价滤光片的成像性能。给出了透射波前仿真算法的详细理论推导。试验数据表明，在使用632.8 nm干涉仪波长下，滤光片镀膜后透射波前RMS的仿真精度小于0.004λ。该方法能够扩展应用在红外滤光片的测试中，实验使用3.39 μm的干涉仪测试，得到仿真误差约为0.002λ，均能实现较高精度。且在满足测试精度的前提下，有效降低了测试成本。
透射波前 滤光片 平面波 光学测试 transmitted wavefront filter testing plane wave optical testing 红外与激光工程
2021, 50(9): 20200528
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 太原理工大学, 山西 太原 030024
钛宝石晶体是超强、超短脉冲激光振荡源广泛采用的工作物质,其口径大小和表面全频域波面误差决定了超短、超强激光系统的输出能量和光束质量,然而由于大口径钛宝石晶体光学均匀性差及硬度高的特点,其实现高精度透射波前和超光滑表面加工很具挑战性。针对这一问题,设计了线偏振干涉光源检测方法,解决了钛宝石晶体双折射导致的透射波前检测干涉条纹无法解析的问题;基于对钛宝石晶体材料光学均匀性的检测分析,发展了基于单轴机的透射波前快速抛光收敛工艺;通过正交实验和灰关联分析法,利用小磨头抛光工艺实现了钛宝石晶体高精度透射波前低频误差和超光滑表面高频误差的加工;为改善中频误差,发展了基于硅溶胶抛光液的小磨头中频误差光顺工艺。实验结果表明:多手段组合的加工工艺可以实现大口径钛宝石晶体全频域透射波前误差的有效控制,针对直径为120 mm的钛宝石样件,透射波前峰谷值可达0.283λ(λ=632.8 nm),中频功率谱密度无明显的特定频段调制误差,高频表面粗糙度Rq约为0.262 nm,可达到超光滑量级。
材料 钛宝石晶体 透射波前 超光滑表面
将叠层扫描成像技术(ePIE)用于成像透镜透射波前的高精度测量。将透镜的透射光束照射至一个固定于二维扫描台的衍射物上,并在其后的探测器上形成衍射光斑,扫描台横向扫描并记录衍射物在每个位置所形成的衍射光斑,采用ePIE精确重建衍射物体的光场复振幅,并据此反演出透镜后表面的透射光波前;移去透镜后重复上述步骤,可以重建入射到透镜上的光束波前;将透射波前减去入射波前即可得到透镜的透射波前。该方法具有准确性高、结构简单、成本低廉等优点。
测量 透镜透射波前 叠层扫描成像技术 衍射成像 波前重建
中国物理工程研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
为了高精度地检测长焦透镜的透射波前, 提出了在Zygo干涉仪的平面光路中加入一个二元衍射元件提供参考波前的计算全息法(CGH)。介绍了计算全息法检测长焦透镜透射波前的理论, 设计并研制了高精度计算全息板, 并将其用于大口径长焦距透镜透射波前检测。理论分析和实际检测结果表明: 该方法系统误差小, 测量重复性精度优于0.004 λ(2σ RMS), 与常规的菲索干涉法测量球面透镜透射波前得到的结果一致, 从而验证了提出测量方法的可靠性。最后, 详细分析了二元衍射元件的制造误差对透射波前检测的影响, 得到测量误差(PV)小于λ/10。文中的结果表明提出的计算全息法可有效缩短光路, 提高测量精度, 对长焦透镜波前检测有重要的应用价值。
长焦透镜 透射波前 光学检测 干涉检测 计算全息术 误差分析 long-focal length lens transmissive wavefront optical test interferometry Computer-generated Holography(CGH) error analysis 光学 精密工程
2016, 24(12): 3005
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
3 中国工程物理研究院研究生院, 北京 100088
分析了传导冷却与端面抽运的Nd∶YAG板条激光器边缘畸变的形成原因, 并进行了抑制边缘畸变的实验研究。根据实验参数进行了数值模拟, 模拟结果与实验结果吻合。以液态环氧胶为导热材料对激光器板条侧面进行实时冷却, 可增加板条内部荧光从侧面逸出的能量比例, 从而减小放大自发辐射, 边缘畸变量峰谷值约减小50%。该方法有利于提高板条激光器的光束质量和输出功率。
激光技术 板条激光器 透射波前 边缘畸变 传导冷却 光学学报
2016, 36(12): 1214003
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 超精密光学工程研究中心，吉林 长春 130033
计算全息图(CGH)作为零位补偿器广泛应用于高精度非球面的检测中，但CGH的基底误差直接限制了非球面的检测精度。为了获得超高精度的CGH基底，提出了应用离子束修正CGH基底的加工工艺。采用不同束径的离子束去除函数对一边长152 mm(有效口径140 mm圆形区域)、厚635 mm的正方形熔石英CGH基底分别进行了精抛、精修和透射波前修正实验。经过总计7轮的迭代修正，最终获得了透射波前为PV值20779 nm、RMS值0685 nm的超高精度CGH基底。实验结果表明:应用离子束修正高精度CGH基底的加工工艺具有较大优势，不仅具有较高的加工效率而且可以获得超高的加工精度。
光学制造 离子束 计算全息图 透射波前 optical fabrication ion beam computer-generated-hologram transmitted wavefront
中国工程物理研究院, 成都精密光学工程研究中心, 四川 成都 621900
大口径长焦透镜是高功率激光系统中必不可少的器件之一，随着装置性能提升，对长焦透镜透射波前包括透射峰谷(PV)值、透射均方根梯度(GRMS)值等，提出了详细的定量技术指标需求。根据长焦透镜焦距特别长的特点，提出了利用准直透镜，大幅缩短长焦透镜检测光路距离干涉检测方法。利用Zemax 软件分析了该检测方法的理论误差和调整误差。该检测方法将光路长度由13 m(或33 m)，大幅缩短至约5 m，光路受环境温度梯度、气流、震动的影响大幅降低，干涉结果直接显示透射波前畸变。
测量 大口径 长焦透镜 透射波前 补偿测试 中国激光
2015, 42(10): 1016002
针对高平均功率固体激光器对Nd:YAG晶体板条的技术需求,进行了Nd:YAG晶体板条低透射波前误差加工技术研究.详细分析了光学加工过程中引起板条端面透射波前畸变的误差来源,并提出工艺技术解决方案.实验结果表明,在板条抛光阶段通过采用合成盘硬抛光工艺以及新的工件装夹技术,能够解决传统板条加工工艺在面形及楔角精度方面可控性差的问题,更容易实现Nd:YAG晶体板条的低透射波前误差加工.对于150 mm×30 mm×2.5 mm规格的Nd:YAG晶体板条元件,端面透射波前畸变PV值达到0.74λ.
Nd:YAG晶体 板条 透射波前 光学加工 抛光 Nd:YAG crystal slab transmitted wavefront optical processing polishing 强激光与粒子束
2015, 27(6): 062010
