[发明专利]一种大数值孔径光学自由曲面点衍射零位干涉检测系统

权利要求书

1.一种大数值孔径光学自由曲面点衍射零位干涉检测系统，其特征在于，包括激光器、第一半波片、第二半波片、四分之一波片、第三半波片、第一偏振分光镜、反射镜、PZT移相器、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第一光纤、第二光纤、第一分光镜、CGH、待测自由曲面、第一离轴抛物面反射镜、第二分光镜、第二离轴抛物面反射镜、变形镜、第三离轴抛物面反射镜、第二偏振分光镜、成像透镜组、CCD探测器；

激光器、第一半波片、第一偏振分光镜、四分之一波片、反射镜、PZT移相器依次设置；

激光器发出的线偏振光依次经过第一半波片、第一偏振分光镜、第三半波片、第二光纤耦合器、第二光纤、第一分光镜、CGH、待测自由曲面、CGH、第一离轴抛物面反射镜、第二偏振分光镜、成像透镜组、CCD探测器，构成测试光路；

激光器发出的线偏振光依次经过第一半波片、第一偏振分光镜、第二半波片、第一光纤耦合器、第一光纤、第二分光镜、第二离轴抛物面反射镜、变形镜、第二离轴抛物面反射镜、第二分光镜、第三离轴抛物面反射镜、第二偏振分光镜、成像透镜组、CCD探测器，构成参考光路；

激光器发出的线偏振光先经过第一半波片，然后经过第一偏振分光镜分成S光和P光；

S光经过第一偏振分光镜反射，经过第三半波片，通过第三半波片的旋转角度调节光的偏振方向，再经过第二光纤耦合器进入第二光纤，衍射出标准的球面光，球面光作为测试光，测试光经第一分光镜反射后，经过CGH生成像散波，像散波经过待测自由曲面反射后，再次经过CGH，测试波经过第一离轴抛物面反射镜准直后入射到第二偏振分光镜，入射到成像透镜组；

P光经第一偏振分光镜透射，经过四分之一波片，到达由PZT移相器驱动的反射镜返回，再次经过四分之一波片，到达第一偏振分光镜反射出的光为S光，再经过第二半波片后，由第一光纤耦合器耦合进入第一光纤，衍射光波作为参考光；参考光经第二分光镜反射后，经第二离轴抛物面反射镜准直，准直光入射到变形镜，经变形镜反射后，携带待测自由曲面面形中的剩余高阶像差成分，参考光再次经过第二离轴抛物面反射镜、经第三离轴抛物面反射镜反射后，入射到第二偏振分光镜，与测试光合束后进入成像透镜组，参考光与测试光发生干涉，被CCD探测器接收，通过解调干涉图得到被测自由曲面的面形误差。

2.根据权利要求1所述的一种大数值孔径光学自由曲面点衍射零位干涉检测系统，其特征在于，所述激光器为偏振氦氖激光器。

3.根据权利要求1所述的一种大数值孔径光学自由曲面点衍射零位干涉检测系统，其特征在于，所述第一光纤与所述第二光纤均为锥形光纤。

4.根据权利要求1所述的一种大数值孔径光学自由曲面点衍射零位干涉检测系统，其特征在于，在测试波前中，通过将被测件放置在其最佳拟合球面的位置补偿待测自由曲面的光焦度。

5.根据权利要求1所述的一种大数值孔径光学自由曲面点衍射零位干涉检测系统，其特征在于，最佳拟合球面的位置的求取过程如下：

非球面方程如式(Ⅰ)所示：

式(Ⅰ)中，c为顶点曲率，K为二次曲线常数，最佳拟合球面球心(0,a)，半径为R；原点为非球面顶点，x为垂直非球面光轴方向的径向偏移量，z轴为非球面旋转对称轴，z为矢高；

建立参数X＝(R,a)的最大非球面函数如式(Ⅱ)所示：

式(Ⅱ)中，δ_max表示最大非球面度，abs[]表示取绝对值；

通过求解最小值δ_max的非线性优化问题，得到最佳拟合球面的位置：

min f(X)＝min{δ_max(X)} (Ⅲ)

式(Ⅲ)中，X＝(R,a)，f(X)表示目标函数。