利用ZYGO干涉仪进行非球面检测技术研究

    现代航天光学遥感系统越来越多的采用大口径高次非球面反射镜,以改善系统的总体性能.然而,作为大口径高次非球面光学元件制造技术中不可缺少的定量检测技术,由于受到各种因素和条件的限制,发展相对缓慢.

    干涉法中的零补偿法以其精度高、调整方便、稳定,一直成为非球面面形检测的主要途径^[1-2].但在检测大口径深度非球面时,补偿器要采用大量的辅助光学组件,致使结构复杂,必然会影响最终检测精度;对于某些类型的深度高次非球面,即使采用了大量的补偿镜,仍得不到与待检理想非球面比较接近的波前,因而达不到较高的检测精度.

    目前,电子绘图仪的精度得到了大幅度提高,使得计算全息的制造更加容易,人们也更广泛的把计算全息应用于非球面检测.计算全息法是一种很有前途的高精度非球面检测方法,其最大特点是:不需物体的实际存在,只需物波的数学描述,在制作工艺技术满足的条件下,原理上可生成任意波面^[3,4].但一般只用来检测非球面度较小的非球面,因为随着非球面度的加深,计算全息板上所要绘制的条纹很密;要达到较高的检测精度,这无疑会使计算全息的制作变的复杂,且费用昂贵.

    由于非球面不同于球面,其面形千变万化,以上各种检测方法都有一定的局限性,不能适应高次非球面加工和检测的要求.本文提出把光学透镜补偿和计算全息相结合的方法,来检测大口径深度高次非球面.在ZYGO干涉仪检测光路中,利用简单的补偿镜和容易制造的计算全息相结合的方式代替单一而复杂的计算全息或透镜补偿器,来实现对大口径高次非球面的高精度检测.

    1　基本原理

    在ZYGO数字干涉仪的基础上设计一套附加光路,通过设计制备透镜补偿镜和计算全息,可在ZYGO数字干涉仪上检测大口径深度高次非球面,整个检测光路如图1所示.

    其原理如下:来自ZYGO干涉仪的球面波经透镜3形成倾斜的近似平面波(相对于计算全息4而言),该波面照射在计算全息图4上,波面经计算全息4后,其-1级衍射光波经过透镜5、7后,再现出与被检理想非球面面型相同的波前.光线沿被检理想非球面各点的法线照射到实际被检非球面反射镜上,返回光线再一次经过各检测元件(经计算全息时仍取其-1级衍射成份),作为检测光最后进入ZYGO干涉仪中.该检测波前携带了被检非球面的面形信息,与干涉仪中的参考波前相干形成干涉条纹.检测光路中,透镜3、5、7与计算全息4结合共同再现非球面波前;同时透镜3、5也用来聚焦,把从计算全息出来的各级衍射波聚焦在光轴上不同的位置.在-1级衍射成份聚焦点设置光阑滤波,把不用的衍射成份滤掉,只让-1级衍射光波通过.