長春光機(jī)所在超大口徑非球面光學(xué)反射鏡檢測上獲新突破
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】近日，長春光機(jī)所光學(xué)系統(tǒng)先進(jìn)制造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張學(xué)軍院士研究團(tuán)隊(duì)在光學(xué)檢測領(lǐng)域取得了重大突破。他們提出了一種基于等效曲面的計(jì)算機(jī)生成全息圖(CGH)檢測精度校驗(yàn)方法，并成功利用小口徑高精度輪廓儀實(shí)現(xiàn)了對超大口徑非球面反射鏡CGH補(bǔ)償元件的高精度標(biāo)定，精度達(dá)到優(yōu)于λ/150(λ=632.8 nm)的水平。
大口徑非球面反射鏡是一種關(guān)鍵的光學(xué)元件，廣泛應(yīng)用于高分辨率空間對地觀測、深空探測和天文觀測系統(tǒng)中。其制造技術(shù)水平對國防安全、國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、基礎(chǔ)科研能力具有重要意義。大口徑非球面反射鏡表面形狀往往要求達(dá)到納米級精度，不僅制造工藝難度大，對于控制表面形狀精度的檢測工具也要有很高的要求。
目前，CGH補(bǔ)償干涉檢測技術(shù)是大口徑非球面反射鏡的面形精度檢測廣泛應(yīng)用的唯一且精度最高的檢測方法，但如何準(zhǔn)確標(biāo)定CGH檢具的測量精度一直是業(yè)界的研究難點(diǎn)。
張學(xué)軍院士的研究團(tuán)隊(duì)通過模擬非球面波前傳播過程，設(shè)計(jì)并制造了小口徑的等效元件，使其在自準(zhǔn)直測量光路中與超大口徑非球面反射鏡完全等效。利用這一等效元件，研究團(tuán)隊(duì)成功采用小口徑高精度輪廓儀對超大口徑非球面反射鏡的CGH補(bǔ)償元件進(jìn)行了高精度標(biāo)定。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，采用CGH干涉補(bǔ)償法和高精度輪廓檢測法分別檢測等效曲面元件的面形精度，兩者結(jié)果均優(yōu)于RMS 10 nm，且點(diǎn)差結(jié)果僅優(yōu)于RMS 6 nm。進(jìn)一步的分析表明，兩種方法測量得到的面形誤差在全頻段上表現(xiàn)出良好的一致性，特別是在中低頻段，差值面形誤差的平均值僅為4 nm。這一結(jié)果表明，研究團(tuán)隊(duì)提出的基于等效曲面的CGH檢測精度校驗(yàn)方法具有很高的可靠性和準(zhǔn)確性。
這一創(chuàng)新性的研究成果已經(jīng)以“Accuracy verification methodology for computer-generated hologram used for testing a 3.5-meter mirror based on an equivalent element”為題，在Light: Advanced Manufacturing期刊上發(fā)表。
這項(xiàng)研究的成功不僅為大口徑非球面反射鏡的高精度檢測提供了新的技術(shù)途徑，也為光學(xué)檢測領(lǐng)域的發(fā)展注入了新的活力。未來，隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和完善，相信這一方法將在更多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，推動光學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步。
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