五棱镜扫描检测大口径波前研究(2)
4.3.1 五棱镜随机误差解决办法 23
4.3.2 导轨随机误差解决办法 24
4.4 本章小结 24
5 利用斜率数据重构波前算法25
5.1 多路径积分法概述 25
5.1.1 波前重构概述 25
5.1.2 差分法思路概述 25
5.1.3 多路径积分法概述 26
5.2 仿真模拟与仿真结果 26
5.2.1 多路径法路径选取 26
5.2.2 仿真结果 27
结论 29
致谢 30
参考文献31
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
在最近的几十年中，科学技术水平得到了快速的发展，大口径光学系统也得到了更加广泛的发展和应用，尤其是在光学检测、军事工业、天文光学、空间目标探索、惯性约束聚变等技术范围内得到了高速的发展。[1]
例如，位于美国的激光核聚变系统，需要同时会聚192束激光，并且最后的会聚面大小约为400x400mm上下。同时在这192路激光中，每一路都需要数量繁多的大中型光学元器件，并且其加工精度要保证在λ/6左右。这样的加工要求对检测技术也提出了新的要求。同时，大口径系统在天文光学也有着重要的应用，例如系外行星检测方面、对天体活动的观测、对宇宙形成过程的观测与分析等。大口径系统在帮助人类对太阳系及系外行星的探测过程中发挥作用。[3]
新的技术要求对大口径光学的发展提出了更高的要求，例如口径大小、信噪比、视场角度范围等。这也使得对大口径光学元器件的检测方法需要有进一步的改进及提升。如果对元器件的三文形貌进行直接检测，则具有一定的局限性。与直接检测形貌相对地是，若对系统的出射波前进行检测，其过程则相对快捷、相对方便。[2]对系统的波前检测，是指利用一定的标准波面通过光学系统，之后用某些特定的方法对作通过光学系统后的波面进行指标检测，其中包括光场的相位分布、成像的像质评价、出射波前的质量分析等。相对于单独检测光学系统表面，对面型的检测过程不但可以检测制造质量，还能够有效检测系统各部分之间的安装质量。[4]对系统波前的检测可以在控制成本上有显著的作用，并且在校准整套系统上有着明显的效果。
对大口径波前检测的常用方法包括哈特曼法、夏克-哈特曼法、瑞奇-康芒法等，这些方法的使用前提条件较为苛刻，需要制造与待测件相匹配的辅助器件，例如夏克-哈特曼光阑等。相比之下，五棱镜法的系统搭建难度较低，同时能保证一定的精度，并可以任意扩大测量范围，在降低成本的同时保持了测量精度，具有实践意义。[5]
1.2 国内外现状及发展趋势
1.3 主要研究工作
本论文的主要工作如下：
1) 了解国内外关于大口径光学波前的检测方法，并掌握五棱镜扫描法的主要测量原理。
2) 对五棱镜法的系统进行误差分析，并确定系统误差及随机误差的来源，其中包括五棱镜、导轨、PSD等。
3) 定量分析五棱镜的系统误差及扫描误差，并定性分析光学导轨的随机误差与扫描误差。
4) 提出了对五棱镜系统误差、五棱镜及导轨随机误差的修正办法。
2 大口径波前检测方案的分析与比较
2.1 像质评价基本依据
对于近轴光学系统而言，适用范围指的是靠近光轴的、以细光束来进行成像的光学系统。而对于普通光学系统而言，其成像均具有一定范围的视场和孔径大小。然而，不同孔径的光线入射时，由于成像位置不同，不同视场入射光线成像性质会有差异。因此，对于光学系统而言，需要用一定的评判指标来对成像效果进行判定。
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