[发明专利]用于自由曲面干涉检测的自适应补偿环形腔装置与方法

说明书

本发明公开了及一种用于自由曲面干涉检测的自适应补偿环形腔装置与方法，属于光学检测领域，包括偏振干涉系统(L1)、自适应补偿环形腔系统(L2)、部分零位补偿镜(L3)和被测自由曲面(L4)。本发明利用自适应光学元件可变形反射镜设计出一种环形腔结构进行像差补偿，随着光束在环形腔内的多次循环反射，像差补偿量扩大到单一DM补偿范围的4倍，实现仅使用一个DM达到双DM级联的像差补偿范围，并且无需增加DM监测负载和解耦操作，因此，干涉仪检测的动态范围以低成本的方式增加了一倍。自由曲面面形检测和DM表面监测采用可旋偏振片进行控制，无需任何辅助设备。

技术领域

本发明涉及光学检测领域，具体涉及一种用于自由曲面干涉检测的自适应补偿环形腔装置与方法。

背景技术

光学检测是实现光学自由曲面广泛应用的一个重大挑战。根据平面、球面和非球面的测量经验，干涉法已成为高精度自由曲面测量的首选方法。当然，首要解决的问题是在非球面干涉仪中设计出系统固有像差校正的补偿器。对于非球面，在过去的几十年里，人们设计出各种静态补偿器，如Offner补偿器，Dall补偿器，借助计算机生成计算全息图(Computer-generated hologram，CGH)等。也研究了具有一定动态范围的补偿器，如部分零位补偿器和可移动折射非球面零位镜。然而，由于自由曲面的旋转非对称(Rotationalnon-symmetric，RNS)像差，使得补偿器的设计十分困难。在上述补偿技术中，只有CGH容易适用于RNS表面。然而当自由曲面面形误差较大时，静态零位补偿技术(如CGH)的补偿效果就会很差。并且在自由曲面加工阶段，其面形处于持续变化中，难以获得标称面形参数，传统的静态CGH补偿器由于其一对一的特性很难适应该阶段自由曲面的原位检测。因此，若干大动态范围的像差补偿器被陆续提出。近年来，在自由曲面干涉仪中应用了一些自适应光学元件，如空间光调制器(Spatial light modulator，SLM)和DM，它们可以产生各种波前像差。已有实验验证了基于SLM和DM干涉仪的自由曲面高精度检测。然而，目前SLM的像差校正能力有限。虽然设计了能够检测自由曲面偏离度达150μm的SLM干涉仪，但目前还没有相关的实验报道。目前报道的对于非旋转对称偏离的最大测量范围约20μm 峰谷（Peak tovalley，PV）值。因此，SLM在精度和灵活性方面的性能有待进一步提高。作为一种替代方案，DM具有良好的像差校正性能。商用DM也有有限的调制范围，一般取决于像差类型和DM驱动器口径大小，如DM驱动器口径为25mm时最大波前调制达40μmPV。针对天文望远镜等自适应成像系统研发了通用DM，其表面控制精度(相对5%的PV误差)无法满足高精度光学检测的要求。因此，所有基于DM自适应干涉仪都需要进行DM表面面形辅助监测，额外的辅助设备是必要的，如偏振测量系统，波前传感器，干涉仪和CCD图像传感器，即使商业上可以买到具有大动态范围的DM，这些对DM的面形监测也将是一个沉重的负担。大范围的DM能有效补偿自由曲面的固有像差，但其自身的表面面形监测将成为另一个问题。即动态范围和DM面形监测是相互矛盾的。因此，我们重点在不增加DM监测负荷的情况下，增加基于DM自适应干涉仪的动态补偿范围。通过设计双DM级联自适应补偿器，由于双DM是分别监测的，这样在减小DM监测负荷的同时扩大了像差校正范围，从而缓解了这一问题。然而，双DM级联自适应补偿器的成本很高，而且需要解决双DM级联的像差耦合问题，解耦操作需要特别设计。

发明内容

本发明基于现有技术的不足，提出了一种用于自由曲面干涉检测的自适应补偿环形腔装置与方法。

本发明采用的技术方案是：

用于自由曲面干涉检测的自适应补偿环形腔装置，其特征在于：包括偏振干涉系统、自适应补偿环形腔系统、部分零位补偿镜和被测自由曲面；

所述偏振干涉系统包括依次水平设置的激光器、扩束器、第一分束器，所述第一分束器的上侧光路上设置有第一标准平面反射镜，所述第一分束器的下侧光路上设置有第二分束器,所述第二分束器的反向依次水平设置有可旋偏振片（Rotatable polaroid，RP）、成像透镜和CCD图像传感器；