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非球面反射镜横向剪切干涉检测技术仿真与实验研究

郭向峰  
【摘要】:非球面反射镜因其优良的光学成像性质被广泛地应用于国防军事、天文观测、民用生活和医学卫生领域。广泛的应用以及光学技术的发展使人们对非球面反射镜的加工效率与加工精度的要求越来越高。在非球面的精密超精密加工中,非球面检测技术是其支撑技术之一,因为检测能达到的精度往往是加工所能达到的精度极限,所以找到一种高精度、可靠的非球面反射镜面形检测方法对提高其加工效率与精度都是非常必要的。 激光剪切干涉法是一种较新的、精度较高的检测方法。与传统干涉法不同,剪切干涉法不需要参考光,这种自比较干涉的特点使其在检测非球面反射镜面形精度中具有独特优势。本文对基于横向剪切干涉法检测非球面反射镜的相关技术进行了研究。 根据横向剪切干涉的特点,进行了生成横向剪切干涉图的数值模拟运算。在相位提取及相位解包裹阶段分别利用四步相移的相位提取法和基于区域跳变划分的解包裹法对横向剪切干涉检测过程中的图像处理部分进行了仿真研究,结合实际情况分析了其处理过程中的误差问题,编制了图像处理程序。 为了研究波前重建算法对检测结果的影响,在波前重建的数值模拟过程中分别利用基于Zernike多项式的系数转换法以及最小二乘法对其进行了研究。编制了横向剪切干涉检测的仿真程序,根据实际情况对横向剪切干涉检测中波前重建采样点间距的变化、重建阶数以及剪切量的变化对横向剪切干涉波前重建精度的影响进行了研究并给出了实际波前重建中减小误差的处理办法。 利用横向剪切干涉仪对抛物面反射镜进行检测实验,根据处理横向剪切干涉图的实际问题编制了干涉图预处理程序,对仿真过程中所选用的数据处理方法进行了研究,改进和完善了基于跳变区域划分的解包裹法,解决了原始区域跳变法处理实际干涉图时解包裹失败的问题。初步验证了所采用的数据处理技术路线的有效性性,并基于MATLAB应用软件编制了应用于横向剪切干涉法检测的数据处理程序。


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