高分辨率波前干涉检测技术研究

【摘要】：高功率固体激光装置对所使用光学元件的中高频段小尺度制造误差提出了要求，因为这种中高频分量扰动将可能严重影响整个光学系统的性能。目前商用相移干涉仪无法测量大口径光学元件中频段的信息，造成了该频段光学元件加工和控制的盲区。本文针对我国ICF激光驱动器的发展要求，开展了高分辨率波前干涉检测技术及高分辨率干涉仪设计研究。 深入地分析了PSD的定义和计算方法，推导了波前加窗和倾斜对PSD计算的影响，并得到修正因子。分析了干涉仪PSD测量的有效频谱宽度，提出了大口径干涉仪系统传递函数的测试方法，用它来表征大口径干涉仪对被测对测面形(相位)中频信息的衰减程度。 从相位信息传输的角度出发，把干涉仪分成照明系统、成像系统和采集系统，建立了各个子系统对系统传递函数影响的分析计算模型，研究结果表明：照明系统主要影响系统传递函数的测量重复性性及系统的信噪比；成像系统中光阑尺寸和位置、系统波像差及离焦测试都会影响系统传递函数，当测试面中频PSD比较大时，干涉仪是相位传输的非线性系统，系统传递函数与测试面PSD分布有关；采集系统中CCD的像素和填充因子会影响系统传递函数。根据这些结论，设计了φ100mm高分辨率干涉仪的光源、扩束系统、准直物镜、光阑，成像透镜和CCD等单元。完成了波前倾斜、波像差和元件表面反射率等公差分析。分析了干涉仪系统中偏振分光棱镜、四分之一波片和CCD保护玻璃等元件引入的杂光。完成了φ100mm高分辨率干涉仪的性能测试，测试结果表明：该干涉仪的测试精度优于0.08λ(PV值)，在空间频率小于2.5mm~(-1)处的系统传递函数大于0.65，系统信噪比大于4db。在子孔径拼接干涉仪(SSI)上完成了传统点光源和环形光源的对比实验，实验结果表明：环形光源模式下系统的信噪比高于传统点光源模式。