高精度合成式波前编码器件检测方法研究

摘要

合成式波前编码器件（或合成式相位板）是一种非旋转对称式非球面，它是由三次相位面面形和凸双曲面面形相叠加而成，具有相位编码功能和光学聚焦功能。由于该器件各个方向的光焦度均不同，可以很好的校正传统成像系统的某些缺陷，这一显著的优势已逐渐引起人们的关注，并应用在某些光学系统的仿真模拟中。由于合成式波前编码器件面形的独特性，它的应用一直受到光学加工和检测技术的限制。虽然目前光学加工和检测技术迅速发展，但是合成式波前编码器件的加工和检测手段仍不成熟，无法满足实际应用的需求，所以寻求一种对其可以进行高精度检测的方法显得尤为重要。
　　本文针对合成式波前编码器件面形的特殊性，提出利用干涉测量技术同时借助于衍射补偿器——计算全息图(CGH)，来实现对合成式波前编码器件的高精度检测。本文主要的研究内容如下：
　　1、通过对合成式波前编码器件的面形进行分析，总结了几种检测此面形的检测方案，对各检测方案的测试原理及测试性能进行了分析对比，最终确定采用CGH非接触式干涉测量法，该检测方法具有对器件无损伤、测量精度高、易装调等优势，具有较强的工程实用性。
　　2、对计算全息法检测合成式波前编码器件的总体设计思路进行了分析，然后在此基础上进行了系统优化，对系统中的各个光学元件的性能及参数进行了确定，并利用误差理论对其测试性能及参数进行了评估。
　　3、阐述了根据CGH相位方程进行刻蚀条纹位置搜索从而得到CGH加工数据的方法，根据被测器件及测试光路的波前特性，综合考虑装调工艺，完成了计算全息图样板的设计，并进行了加工制作。
　　4、搭建了实验平台，利用制作的CGH样板和Zygo干涉仪对合成式波前编码器件进行检测实验，然后运用误差理论对各个方面引入的实验误差进行详细的分析。最后利用计算全息图给出了波前编码成像系统的成像效果测试系统设计。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 波前编码器件特性

1.3 国内外现状

1.4 论文的结构安排和主要工作

第二章 合成式相位器件特性分析与检测方案筛选

2.1 合成式波前编码器件简介

2.2 检测方案优化及分析

2.3 计算全息图概述

2.4 本章小结

第三章 检测系统与关键器件设计

3.1 计算全息图的设计考虑

3.2 合成式波前编码器件检测系统设计

3.3 二元全息图的绘制

3.4 计算全息图制作简介

3.5 系统测试性能评估分析与仿真

3.6 本章小结

第四章 实验检测与精度分析

4.1 Zygo干涉仪和检测系统

4.2 合成式波前编码器件检测实验

4.3 本章小结

第五章 波前编码成像系统综合成像效果仿真

5.1 波前编码成像系统综合成像效果系统设计与分析

5.2 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 主要工作总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间公开发表的论文

参加学术会议与项目

致谢