子波面扫描法长焦距透镜波面检测系统研究

摘要

大口径长焦距透镜是超大功率激光系统的重要组成原件，研究对其进行像质检测的系统对解决如今日益严峻的能源问题有着重要的意义。但如今仍没有对其进行行之有效的检测方法。为了解决这个问题，本文提出一种通过子孔径扫描的方法对大口径长焦距透镜进行检测的新方案，并在完成了检测装置的设计、安装和调试，最终成功完成了波面检测。
　　 该方案主要可以分为两个步骤。第一步通过子孔径波面扫描，对朗奇光栅利用泰伯效应产生的莫尔条纹进行采集，运用数字图像处理的方法，获取子孔径的波面斜率数据；第二步对波面数据进行以泽尼克多项式为基底的模式法重构，从而获取大口径长焦距透镜的全口径波面。在测量装置的实际制作中，结合实际测量情况，兼顾测量精度和工程化，提出回程验算、迭代重构等多种有效的方案控制实际测量的精度，提高了数据的可靠性、稳定性。
　　 干涉仪由于受到装置、场地的限制，一般对于很长焦距的透镜无法测量。为了对本测试装置测试结果进行验证，选用一个焦距10m左右的平凸透镜(仍能用干涉仪进行测量)作为测试样品，经与WYKO激光干涉仪对比，测试结果正确可靠．并且完成精度的分析，模拟外界干扰引入的误差，比对重构的结果，验证该测量装置能用用与实际之中，为长焦距大口径透镜的加工、装调提供依据和标准．
　　 本论文主要完成了子波面扫描法长焦距透镜波面检测系统方案的分析完善，完成实际测量装置与其配套的测试软件的设计、安装与测试验证，并且完成了该方案精度的分析仿真．

目录

文摘

英文文摘

致谢

图表目录

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 能源危机和聚变能

1.1.2 超高功率激光器

1.1.3 本课题的研究目的

1.2 国内外研究现状

1.2.1 常规透镜检测方法

1.2.2 大口径长焦距透镜检测方法

1.3 本论文的主要研究内容

第2章 波面斜率测量

2.1 理论基础

2.1.1 泰伯效应

2.1.2 莫尔条纹

2.1.3 测量原理推导

2.2 实验装置

2.1.1 特殊结构的朗奇光栅

2.1.2 扫描装置设计

2.1.3 硬件选择

2.3 精确条纹计数

2.3.1 条纹周期计算

2.3.2 条纹移动量计算

2.4 精度控制

2.4.1 震动消除

2.4.2 扫描方式

2.4.3 回程验算条纹计数

第3章 波面重构

3.1 理论基础

3.1.1 泽尼克多项式

3.1.2 波面重构方法

3.2 精度控制

3.2.1 迭代法提高重构算法精度

3.2.2 重构阶数的精度控制

第4章 程序设计

4.1 波面斜率采集模块

4.1.1 单个数据点的采集流程

4.1.2 所有数据点的采集流程

4.1.3 波面斜率数据的保存

4.2 波面重构模块

4.2.1 单次波面重构的基本流程

4.2.2 完整波面重构流程

4.2.3 波面参数计算

4.2.4 波面图像显示

4.2.5 波面数据的保存

4.3 重构精度评价模块

第5章 测试结果与误差分析

5.1 测试结果

5.1.1 参考测试标准

5.1.2 实际测试数据

5.1.3 测量结果比较

5.2 精度分析

5.2.1 波面斜率测量精度分析

5.2.2 软件精度分析

5.2.3 误差对重构结果的影响分析

5.3 误差来源分析与解决方案

第6章 总结与展望

5.1 总结

5.2 研究结论

5.3 应用前景展望

硕士期间论文

参考文献