基于最小二乘旋轉(zhuǎn)匹配的干涉標(biāo)準(zhǔn)件誤差分離方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于最小二乘旋轉(zhuǎn)匹配的干涉標(biāo)準(zhǔn)件誤差分離方法，基于矢量光學(xué)理論對(duì)長(zhǎng)焦透鏡零位干涉測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)建了三維光線追跡仿真系統(tǒng)，利用仿真系統(tǒng)將干涉標(biāo)準(zhǔn)件面形偏差從長(zhǎng)焦透鏡測(cè)試結(jié)果中分離，解決了干涉標(biāo)準(zhǔn)件面形偏差在最終的長(zhǎng)焦透鏡測(cè)量結(jié)果中引入誤差信息的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)焦透鏡透射波前的GRMS和PSD1高精度測(cè)量。在誤差分離的過(guò)程中，關(guān)鍵是找到三維光線追跡仿真系統(tǒng)中干涉標(biāo)準(zhǔn)件的空間姿態(tài)與干涉儀檢測(cè)時(shí)的姿態(tài)一致處，即干涉標(biāo)準(zhǔn)件的空間姿態(tài)匹配問(wèn)題。提出利用最小二乘原理，通過(guò)不斷旋轉(zhuǎn)三維光線追跡仿真系統(tǒng)中干涉標(biāo)準(zhǔn)件的空間姿態(tài)，使得仿真系統(tǒng)輸出波前與干涉儀測(cè)試波前差值最小，完成姿態(tài)匹配。
【專利說(shuō)明】
基于最小二乘旋轉(zhuǎn)匹配的干涉標(biāo)準(zhǔn)件誤差分離方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)元件面形檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種基于最小二乘旋轉(zhuǎn)匹配的干涉標(biāo)準(zhǔn)件誤差分離方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高功率固體激光驅(qū)動(dòng)器采用多路大口徑結(jié)構(gòu)，通光口徑大、承載激光能量高、系統(tǒng)中使用了大量大口徑、高精度的光學(xué)元件。高功率固體激光驅(qū)動(dòng)器中光學(xué)元件的中頻段空間頻率成分將導(dǎo)致光束的高頻調(diào)制與系統(tǒng)的非線性增長(zhǎng)，造成光學(xué)元件的絲狀破壞和降低光束的可聚焦功率。其關(guān)于光學(xué)元件的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有PSD和GRMS，其中PSD是一種基于頻譜分析的評(píng)價(jià)指標(biāo)，描述面形誤差的頻率分布，其主要用來(lái)評(píng)價(jià)中頻段的波紋差，可以滿足光學(xué)元件在中頻段的質(zhì)量要求;GRMS是針對(duì)元件低頻波前的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，最終影響系統(tǒng)的聚焦性能?？臻g濾波透鏡、打靶透鏡等長(zhǎng)焦(8m-30m)透鏡的透射波前的GRMS和PSDI會(huì)影響激光焦斑分布、激光過(guò)孔等系統(tǒng)指標(biāo)，需要嚴(yán)格控制和精密測(cè)量。
[0003]在長(zhǎng)焦透鏡透射波前的干涉檢測(cè)過(guò)程中，大口徑的干涉標(biāo)準(zhǔn)件的面形偏差難以控制，其面形偏差會(huì)在最后的測(cè)量結(jié)果中引入誤差信息。由于在長(zhǎng)焦透鏡透射波前的檢測(cè)過(guò)程中，最后由干涉場(chǎng)得到的波前不僅僅是被測(cè)透鏡的透射波前，還包括了干涉標(biāo)準(zhǔn)件的波前誤差。因此，要利用自準(zhǔn)直零位干涉檢測(cè)法(原理如圖1所示)實(shí)現(xiàn)高精度的長(zhǎng)焦透鏡透射波前GRMS和PSDl的測(cè)量，必須研究如何從最終的測(cè)量結(jié)果中分離干涉標(biāo)準(zhǔn)件的GRMS和PSDl的數(shù)學(xué)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于最小二乘旋轉(zhuǎn)匹配的干涉標(biāo)準(zhǔn)件誤差分離方法，解決了干涉標(biāo)準(zhǔn)件面形偏差在最終的長(zhǎng)焦透鏡測(cè)量結(jié)果中引入誤差信息的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)焦透鏡透射波前的GRMS和PSDl高精度測(cè)量。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種基于最小二乘旋轉(zhuǎn)匹配的干涉標(biāo)準(zhǔn)件誤差分離方法，方法步驟如下:
[0006]步驟I，基于矢量光學(xué)理論對(duì)長(zhǎng)焦透鏡零位干涉測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)建三維光線追跡仿真系統(tǒng)，向上述三維光線追跡仿真系統(tǒng)輸入長(zhǎng)焦透鏡的參數(shù)。
[0007]步驟2，利用干涉儀對(duì)上述長(zhǎng)焦透鏡和干涉標(biāo)準(zhǔn)件組合進(jìn)行測(cè)量，獲得實(shí)際透射波前Wtest;同時(shí)利用干涉儀對(duì)上述干涉標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行測(cè)量，獲得干涉標(biāo)準(zhǔn)件的實(shí)際面形Ws，將實(shí)際透射波前Wtest、干涉標(biāo)準(zhǔn)件的實(shí)際面形Ws輸入上述三維光線追跡仿真系統(tǒng)。
[0008]步驟3，三維光線追跡仿真系統(tǒng)對(duì)長(zhǎng)焦透鏡零位干涉測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行光線追跡，并輸出帶有干涉標(biāo)準(zhǔn)件面形誤差的仿真透射波前Wtl。
[0009]步驟4，不斷旋轉(zhuǎn)干涉標(biāo)準(zhǔn)件的空間姿態(tài)，即旋轉(zhuǎn)干涉標(biāo)準(zhǔn)件的實(shí)際面形Ws，利用最小二乘法找到三維光線追跡仿真系統(tǒng)中干涉標(biāo)準(zhǔn)件的姿態(tài)與干涉儀中相匹配的姿態(tài)，即當(dāng)三維光線追跡仿真系統(tǒng)輸出仿真透射波前Wtl與干涉儀測(cè)量的實(shí)際透射波前Wtest相減的差值最小時(shí)，說(shuō)明二者姿態(tài)相匹配。
[0010]步驟5，輸出與干涉標(biāo)準(zhǔn)件相匹配時(shí)對(duì)應(yīng)的干涉標(biāo)準(zhǔn)件面形W、，從干涉儀實(shí)際測(cè)量結(jié)果中分離得到長(zhǎng)焦透鏡的透射波前WTo=Wtest-W^,即為干涉標(biāo)準(zhǔn)件面形誤差分離后的結(jié)果。
[0011 ]上述干涉標(biāo)準(zhǔn)件為球面反射鏡。
[0012]上述步驟I長(zhǎng)焦透鏡的參數(shù)包括長(zhǎng)焦透鏡的口徑、曲率半徑、二次項(xiàng)系數(shù)和焦距。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在于:(I)將傳統(tǒng)零位干涉測(cè)量與三維光線追跡仿真系統(tǒng)相結(jié)合進(jìn)行干涉標(biāo)準(zhǔn)件誤差分離，提高了測(cè)量精度。
[0014](2)誤差分離過(guò)程使用最小二乘法進(jìn)行空間姿態(tài)匹配，同時(shí)兼顧干涉標(biāo)準(zhǔn)件誤差分離速度與精度，使得分離速度更快與精度更高。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明的基于最小二乘旋轉(zhuǎn)匹配的干涉標(biāo)準(zhǔn)件誤差分離方法的流程圖。
[0016]圖2為本發(fā)明的長(zhǎng)焦透鏡零位干涉測(cè)試系統(tǒng)檢測(cè)原理圖。
[0017]圖3為本發(fā)明的實(shí)施例1中長(zhǎng)焦透鏡誤差分離后波前Wto結(jié)果圖。
[0018]圖4為本發(fā)明的實(shí)施例1中長(zhǎng)焦透鏡誤差分離后波前Wto與真實(shí)波前的殘差波前。
[0019]圖5為本發(fā)明的實(shí)施例誤差分離后波前一維PSD曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0021]結(jié)合圖1和圖2，一種基于最小二乘旋轉(zhuǎn)匹配的干涉標(biāo)準(zhǔn)件誤差分離方法，方法步驟如下:
[0022]步驟I，基于矢量光學(xué)理論對(duì)長(zhǎng)焦透鏡零位干涉測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)建三維光線追跡仿真系統(tǒng)，向上述三維光線追跡仿真系統(tǒng)輸入長(zhǎng)焦透鏡的參數(shù)；
[0023]步驟2，利用干涉儀對(duì)上述長(zhǎng)焦透鏡和干涉標(biāo)準(zhǔn)件組合進(jìn)行測(cè)量，獲得實(shí)際透射波前Wtest;同時(shí)利用干涉儀對(duì)上述干涉標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行測(cè)量，獲得干涉標(biāo)準(zhǔn)件的實(shí)際面形Ws，將實(shí)際透射波前Wtest、干涉標(biāo)準(zhǔn)件的實(shí)際面形Ws輸入上述三維光線追跡仿真系統(tǒng)；
[0024]步驟3，三維光線追跡仿真系統(tǒng)對(duì)長(zhǎng)焦透鏡零位干涉測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行光線追跡，并輸出帶有干涉標(biāo)準(zhǔn)件面形誤差的仿真透射波前Wt1;
[0025]步驟4，不斷旋轉(zhuǎn)干涉標(biāo)準(zhǔn)件的空間姿態(tài)，即旋轉(zhuǎn)干涉標(biāo)準(zhǔn)件的實(shí)際面形Ws，利用最小二乘法找到三維光線追跡仿真系統(tǒng)中干涉標(biāo)準(zhǔn)件的姿態(tài)與干涉儀中相匹配的姿態(tài)，即當(dāng)三維光線追跡仿真系統(tǒng)輸出仿真透射波前Wtl與干涉儀測(cè)量的實(shí)際透射波前Wtest相減的差值最小時(shí)，說(shuō)明二者姿態(tài)相匹配；
[0026]步驟5，輸出與干涉標(biāo)準(zhǔn)件相匹配時(shí)對(duì)應(yīng)的干涉標(biāo)準(zhǔn)件面形W、，從干涉儀實(shí)際測(cè)量結(jié)果中分離得到長(zhǎng)焦透鏡的透射波前WTo=Wtest-W^,即為干涉標(biāo)準(zhǔn)件面形誤差分離后的結(jié)果。
[0027]上述干涉標(biāo)準(zhǔn)件為球面反射鏡。
[0028]上述步驟I長(zhǎng)焦透鏡的參數(shù)包括長(zhǎng)焦透鏡的口徑、曲率半徑、二次項(xiàng)系數(shù)、焦距。
[0029]實(shí)施例1
[0030]結(jié)合圖1和圖2，一種基于最小二乘旋轉(zhuǎn)匹配的干涉標(biāo)準(zhǔn)件誤差分離方法，方法步驟如下:
[0031]步驟I，基于矢量光學(xué)理論對(duì)長(zhǎng)焦透鏡零位干涉測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)建三維光線追跡仿真系統(tǒng)，向上述三維光線追跡仿真系統(tǒng)輸入長(zhǎng)焦透鏡的參數(shù)；
[0032]步驟2，利用干涉儀對(duì)上述長(zhǎng)焦透鏡和干涉標(biāo)準(zhǔn)件組合進(jìn)行測(cè)量，獲得實(shí)際透射波前Wtest;同時(shí)利用干涉儀對(duì)上述干涉標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行測(cè)量，獲得干涉標(biāo)準(zhǔn)件的實(shí)際透射波前Ws，將干涉標(biāo)準(zhǔn)件的實(shí)際透射波前Ws輸入上述三維光線追跡仿真系統(tǒng)；
[0033]步驟3，三維光線追跡仿真系統(tǒng)對(duì)長(zhǎng)焦透鏡零位干涉測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行光線追跡，并輸出帶有干涉標(biāo)準(zhǔn)件面形誤差的仿真透射波前Wt1;
[0034]步驟4，不斷旋轉(zhuǎn)干涉標(biāo)準(zhǔn)件的空間姿態(tài)，利用最小二乘法找到三維光線追跡仿真系統(tǒng)中干涉標(biāo)準(zhǔn)件的姿態(tài)與干涉儀中相匹配的姿態(tài)，即當(dāng)三維光線追跡仿真系統(tǒng)輸出仿真透射波前Wti與干涉儀測(cè)量的實(shí)際透射波前Wtest相減的差值最小時(shí)，說(shuō)明二者姿態(tài)相匹配；
[0035]步驟5，輸出與干涉標(biāo)準(zhǔn)件相匹配時(shí)對(duì)應(yīng)的干涉標(biāo)準(zhǔn)件仿真透射波前W、，從干涉儀實(shí)際測(cè)量結(jié)果中分離得到長(zhǎng)焦透鏡的透射波前WTo = Wtest-W^(如圖3)，即為干涉標(biāo)準(zhǔn)件面形誤差分離后的結(jié)果。
[0036]將本方法的誤差分離后透射波前與長(zhǎng)焦透鏡實(shí)際透射波前相減得到殘差波前(如圖4)，殘差波前的PV值為0.0750λ(其中λ = 632.8ηπι)。對(duì)最終的誤差分離后波前進(jìn)行評(píng)價(jià)，中頻波前均方根RMS值為1.1561nm，低頻波前梯度均方根GRMS值為5.0650nm/cm，一維PSDl曲線(如圖5)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于最小二乘旋轉(zhuǎn)匹配的干涉標(biāo)準(zhǔn)件誤差分離方法，其特征在于，方法步驟如下: 步驟I，基于矢量光學(xué)理論對(duì)長(zhǎng)焦透鏡零位干涉測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)建三維光線追跡仿真系統(tǒng)，向上述三維光線追跡仿真系統(tǒng)輸入長(zhǎng)焦透鏡的參數(shù)； 步驟2，利用干涉儀對(duì)上述長(zhǎng)焦透鏡和干涉標(biāo)準(zhǔn)件組合進(jìn)行測(cè)量，獲得實(shí)際透射波前Wtest;同時(shí)利用干涉儀對(duì)上述干涉標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行測(cè)量，獲得干涉標(biāo)準(zhǔn)件的實(shí)際面形Ws，將實(shí)際透射波前Wtest、干涉標(biāo)準(zhǔn)件的實(shí)際面形Ws輸入上述三維光線追跡仿真系統(tǒng)； 步驟3，三維光線追跡仿真系統(tǒng)對(duì)長(zhǎng)焦透鏡零位干涉測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行光線追跡，并輸出帶有干涉標(biāo)準(zhǔn)件面形誤差的仿真透射波前Wt1; 步驟4，不斷旋轉(zhuǎn)干涉標(biāo)準(zhǔn)件的空間姿態(tài)，即旋轉(zhuǎn)干涉標(biāo)準(zhǔn)件的實(shí)際面形Ws，利用最小二乘法找到三維光線追跡仿真系統(tǒng)中干涉標(biāo)準(zhǔn)件的姿態(tài)與干涉儀中相匹配的姿態(tài)，即當(dāng)三維光線追跡仿真系統(tǒng)輸出仿真透射波前Wtl與干涉儀測(cè)量的實(shí)際透射波前Wte3st相減的差值最小時(shí)，說(shuō)明二者姿態(tài)相匹配； 步驟5，輸出與干涉標(biāo)準(zhǔn)件相匹配時(shí)對(duì)應(yīng)的干涉標(biāo)準(zhǔn)件面形f s，從干涉儀實(shí)際測(cè)量結(jié)果中分離得到長(zhǎng)焦透鏡的透射波前WTo=Wtest-W's，即為干涉標(biāo)準(zhǔn)件面形誤差分離后的結(jié)果。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于最小二乘旋轉(zhuǎn)匹配的干涉標(biāo)準(zhǔn)件誤差分離方法，其特征在于:上述干涉標(biāo)準(zhǔn)件為球面反射鏡。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于最小二乘旋轉(zhuǎn)匹配的干涉標(biāo)準(zhǔn)件誤差分離方法，其特征在于:上述步驟I長(zhǎng)焦透鏡的參數(shù)包括長(zhǎng)焦透鏡的口徑、曲率半徑、二次項(xiàng)系數(shù)和焦距。
【文檔編號(hào)】G01B9/02GK106017306SQ201610300921
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月9日
【發(fā)明人】沈華, 高金銘, 矯苛蓉, 孫越, 朱日宏, 李嘉, 王念, 謝馨
【申請(qǐng)人】南京理工大學(xué)