非球面的近零位子孔徑拼接測量技術(shù)研究.pdf

1、大口徑凸非球面在大型望遠(yuǎn)鏡、光刻物鏡、慣性約束聚變等光學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越多，其口徑和面形誤差直接決定了光學(xué)成像質(zhì)量，是影響系統(tǒng)性能的重要元件。現(xiàn)代確定性光學(xué)加工技術(shù)的根本前提是面形誤差的準(zhǔn)確定量檢測，而以補(bǔ)償檢驗為代表的傳統(tǒng)方法，存在測量口徑受限、像差補(bǔ)償能力不足或精度不高等技術(shù)瓶頸，嚴(yán)重制約其制造水平的提升。論文創(chuàng)新提出基于雙回轉(zhuǎn)相位板的近零位補(bǔ)償與子孔徑拼接相結(jié)合的方法，突破傳統(tǒng)補(bǔ)償法的口徑受限和子孔徑拼接法的可測非球面度受限的難

2、題，利用雙回轉(zhuǎn)相位板產(chǎn)生可變的像差，可靈活補(bǔ)償不同形狀的凸非球面子孔徑的大部分像差，達(dá)到近零位測試條件，具有結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)整自由度少、易于對準(zhǔn)、無圓形孔徑畸變等突出優(yōu)點(diǎn)。論文的研究工作主要包括：
　　1根據(jù)雙回轉(zhuǎn)相位板工作原理，計算凸非球面上各離軸子孔徑的剩余像差系數(shù)，完成相位板相位函數(shù)的計算；同時加以輔助對準(zhǔn)圖樣和載頻，得到相位板的設(shè)計結(jié)果，并通過仿真驗證該近零位補(bǔ)償器對不同非球面的面形適應(yīng)性。分析相位板失調(diào)引入的波前像差，據(jù)此設(shè)

3、計相位板的多自由度裝調(diào)機(jī)構(gòu)，同時考慮補(bǔ)償器與干涉儀和被測鏡部分的裝調(diào)工藝。
　　2搭建光學(xué)非球面的近零位子孔徑拼接工作站。分析拼接工作站的運(yùn)動鏈，完成了正向和逆向運(yùn)動學(xué)分析；通過理論計算與仿真，驗證被測鏡在設(shè)計的裝夾狀態(tài)下受到重力變形的影響很??；通過Zemax軟件仿真得到被測鏡的調(diào)整公差范圍，完成了被測鏡姿態(tài)調(diào)整的雙轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)設(shè)計。在已有的非零位子孔徑拼接工作站的基礎(chǔ)上完成了近零位子孔徑拼接工作站的改造設(shè)計與安裝調(diào)試。
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4、以有效口徑320mm的高次凸非球面鏡為例，完成了凸非球面的近零位子孔徑拼接實驗。通過光學(xué)追跡和凸包算法確定子孔徑的重疊區(qū)域和重疊數(shù)據(jù)點(diǎn)對，利用一階近似建立子孔徑失調(diào)與像差的數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)，根據(jù)重疊區(qū)域面形誤差一致性原則建立近零位子孔徑拼接的數(shù)學(xué)模型，利用最小二乘法分離子孔徑失調(diào)引入的像差以及近零位補(bǔ)償后的剩余像差，得到全口徑面形誤差。同時對該高次凸非球面進(jìn)行了三坐標(biāo)測量和非零位子孔徑拼接測量，并與近零位拼接測量結(jié)果相比較，初步驗證了近零位子孔