[发明专利]动态高分辨光学波前相位测量方法

说明书

为了解决现有的动态光学波前相位测量装置精度不高、分辨率不高的技术问题，本发明提出了一种动态高分辨光学波前相位测量方法，利用激光器、准直镜、平面反射镜、分光镜、吸收体、混合调制光栅、探测器、计算机、不同F#标准镜头和校准镜，能够实现对光学元件面形和光学系统波像差的主动式光学测试。本发明的分辨率由探测器像元尺寸大小决定，可实现高分辨率的光学波前相位测量，分辨率可小于0.01mm。本发明在系统本底误差标定一次后，即作为系统数据，实际面形测量时只需采集一次图像就可计算得到被测表面形貌信息，故相对传统相移干涉法，本发明不受环境影响。

技术领域

本发明属于光学领域，涉及一种光学波前相位方法，尤其涉及一种可动态高分辨测量光学元件面形和光学系统波像差的测量方法。

背景技术

随着我国空间科学技术和高功率激光加工制造产业的发展，对各类高精度光学元件及系统的需求日渐增多，随之对光学元件面形与光学系统波像差测量精度要求越来越高。

传统压电陶瓷驱动的静态相移干涉仪，由于通过在时间域上进行相移来得到被测波前相位结果，故易受空气气流扰动和振动的影响，无法满足实际光学加工中动态高精度测量的需求。

目前国内动态光学波前相位的测量主要依赖于国外研制的动态相移干涉仪，主要以美国4D公司研制的动态相移干涉仪和ESDI公司研制的动态相移干涉仪为代表。4D公司研制的动态相移干涉仪采用偏振光干涉原理，通过掩模板(微偏振片阵列)将时间域相移转换为空间域相移，从而实现动态干涉测量。由于数据采样点有限，并通过邻近像素点近似，测试精度有限，且价格昂贵，成本高，经济性差。ESDI公司研制的动态相移干涉仪利用三个CCD分别采集相移的干涉图像，然后合成计算，精度可以得到保证，但由于测试光束与参考光束共光路，实现偏振干涉比较困难，其对三个CCD的响应一致性要求比较高，且计算速度慢，外形体积较大，测试效率不高，并且价格昂贵，经济性差。

此外，这两种动态相移干涉仪的工作波段都是632.8nm。对于特定波段工作的光学系统，比如工作波段为1053nm、351nm的激光系统，工作波段为1550nm的激光通信系统采用这两种干涉仪就不能进行测量。对于宽波段大口径、长焦距望远系统，由于色差等影响，采用单波长进行评价，并不能真实反映光学镜头实际使用时的透射波前。同时，这两种动态相移干涉仪的测量动态范围内有限，极大限制了其在光学粗加工面形测量中的应用。

基于夏克-哈特曼波前传感器的动态波前测试装置(专利号：ZL201210337035.5)，虽然实现了动态波前相位测量，但由于受微透镜阵列子孔径大小的限制，波前测量分辨率不高。

发明内容

为了解决现有的动态光学波前相位测量装置精度不高、分辨率不高的技术问题，本发明提出了一种动态高分辨光学波前相位测量方法，此装置及方法可实现对光学元件面形和光学系统波像差的动态高分辨测量，并且不受外界环境(空气气流扰动、振动等)的影响，很好的保证了测试精度。

本发明采用的技术解决方案如下：

动态高分辨光学波前相位测量装置，包括主动光源、分光镜、校准镜、标准镜头、辅助标准平面镜、探测器和计算机；

系统本底波前误差标定时，校准镜设置在主动光源的出射光束经分光镜反射后的反射光束光路上；

测试时，标准镜头和辅助标准平面镜设置在主动光源的出射光束经分光镜反射后的反射光束光路上；

探测器设置在从被测光学球面元件或被测光学系统返回的光束，经标准镜头后再次入射至分光镜后被分光镜透射的透射光束光路上；

其特殊之处在于：

还包括设置在探测器与分光镜之间的混合调制光栅；