光学元件位相缺陷的动态检测方法研究

论文摘要

在能源技术、国防军事等需求牵引下,高功率激光装置的研究势头迅猛,高精度光学元件的使用量明显增加,对于光学元件位相缺陷的检测提出了更加严格的要求。目前采用的位相缺陷检测方案大多难以抵抗环境振动、无法辨别缺陷类型。针对位相缺陷的动态检测问题,本文提出了两种方案:(1)基于多幅移相干涉图的短相干动态泰曼干涉仪,(2)基于单幅线性载频干涉图的反射式点衍射干涉仪。针对缺陷的类型判别问题,本文基于无镜成像算法提出了缺陷类型判据。主要研究工作包括:第一,针对位相缺陷测试过程中的环境振动问题,提出了短相干动态泰曼干涉方案与线性载频点衍射干涉方案。研究了偏振干涉原理,结合短相干正交偏振光源与同步移相干涉术,实现了位相缺陷的动态测量;研究了点衍射干涉原理,利用点衍射板在参考光与测试光之间引入横向错位量,结合FFT算法实现了位相缺陷的瞬态测量。第二,针对缺陷类型的判别问题,建立了基于点衍射干涉的无镜成像理论模型,提出了缺陷类型判据。研究了平面波角谱理论,通过设定虚拟透镜构建了虚拟像面,实现了球面波衍射传输到平面波衍射传输的转换,抑制了缺陷的衍射效应,实现了缺陷类型的判别。第三,为了校准系统精度,用本文提出的两套装置与Taylor Hobson轮廓仪测量同一块台阶板,结果表明,短相干动态泰曼干涉仪的相对误差为5.1nm,点衍射干涉仪的相对误差为3.5nm,满足精度要求。第四,为验证本文提出的缺陷类型判别方法的正确性,使用反射式点衍射干涉仪检测了一块光学平晶中的振幅缺陷及位相缺陷,结合无镜成像算法对波面进行传输,验证了所提缺陷类型判据的正确性。为模拟位相缺陷,制作了激光毁伤板与位相板,并使用本文提出的两台干涉仪对其进行检测,结果表明,本文提出的两台干涉仪都能够应用于位相缺陷的检测。第五,分析了短相干动态泰曼干涉仪的测量误差。研究了二次衍射、偏振器件误差对测量结果的影响。讨论了反射式点衍射干涉仪中的关键技术与误差来源。设计了点衍射板的膜系结构、针孔形状与针孔尺寸,分析了FFT算法的处理精度、系统的空腔误差、光学元件制造误差及实验操作误差。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 马云

导师: 陈磊

关键词: 动态干涉测量,位相缺陷,偏振移相干涉,点衍射干涉

来源: 南京理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,仪器仪表工业,无线电电子学

单位: 南京理工大学

基金: 国家重大科学仪器设备开发专项“相位调制干涉仪关键部件与仪器开发和应用”(项目编号 2013YQ15082901),南京理工大学与中国工程物理研究院合作开发的“相移衍射干涉仪”项目

分类号: TH74;TN249

DOI: 10.27241/d.cnki.gnjgu.2019.000210

总页数: 73

文件大小: 4576K

下载量: 17

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