基于液晶空间光调制器计算全息检测非球面方法研究

摘要

非球面相对于球面来说具有扩大系统的视场角、改善光照均匀性、增大光学系统的相对孔径、增加光学设计自由度、改善成像质量等优点。目前非球面的加工制造技术日趋成熟，但是检测水平相对滞后阻碍了非球面在应用上取得更大进展。
　　论文通过分析不同非球面检测方法的优缺点，利用液晶空间光调制器可编程控制实时重构三维波前的特点，将其作为计算全息载体，提出一种非球面计算全息干涉检测方法。首先确定了非球面面型测量方案，利用ZEMAX对所提出的测量方案进行了序列模式和非序列模式下的仿真，仿真结果证明了该方案的可行性；通过光学追迹设计了测量光路和其中的光学元件，根据测量方案，加工了口径为50mm和52mm的非球面镜以及光路中的扩束透镜、补偿透镜；搭建了实验光路，依据泰曼格林干涉原理，以液晶空间光调制器加载计算全息产生的波前为参考光，进行了实验操作和分析。
　　为了提高测量效率，提出一种单幅干涉图分析方法：通过基于干涉条纹特征的延拓方法对圆域干涉图进行延拓，对矩形域干涉图进行二维正、逆傅里叶变换获得包裹相位图，再利用二维离散余弦变换解包裹重构出三维波面，通过误差分离方法，得到最终的非球面面型偏差。将实验结果与ZY GO干涉仪直接测量非球面的结果比较，验证了该测量方案能够实现非球面计算全息干涉测量，测量误差P-V值小于1.4λ，RMS值小于0.7λ。
　　通过ZEM AX的追迹仿真和测量实验的验证，表明基于液晶空间光调制器计算全息干涉法检测非球面是一种高效、实时、通用性好的方法，降低了对空气扰动和实验台抗振的要求，该方法对于实现非球面镜加工过程中的在线检测具有较大的应用前景。

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第1章 绪论

1.1 研究的背景和意义

1.2 CGH检测非球面发展和国内外现状

1.3 课题来源及主要研究工作

第2章 非球面测量方法及原理

2.1 非球面的基本概念

2.2 非球面检测方法

2.3 本章小结

第3章 基于LC-SLM的非球面检测方法及仿真

3.1 空间光调制器

3.2 液晶空间光调制器工作原理

3.3 LC-SLM测量非球面的几种方案

3.4 ZEMAX序列模式仿真

3.5 ZEMAX非序列模式仿真

3.6 元件的偏心与倾斜对波像差的影响

3.7 本章小结

第4章 基于LC-SLM非球面检测实验及干涉图分析

4.1 非球面检测实验

4.2 单幅干涉条纹图分析

4.3 基于二维离散余弦变换的相位解包裹

4.4 实验数据分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢