大型望远系统波前检测中的波前误差修正

　　1　引　言

　　如图1所示的大型望远系统的波前检测中,采用五角棱镜光束转向系统使激光束转向扫描各子孔径,S-H波前传感器测量各子孔径的波前斜率,计算拟合出整个大孔径的波面。但是,第2五角棱镜随运动平台沿并非严格平面的导轨平台移动时会有三维微偏角,使每一子孔径探测需要的标准正入射平面波的入射方向发生改变,给子孔径波前的测量带来误差。测出已标定的第2五角棱镜的运动误差,就可以计算出扫描激光束转向的波前误差,经过波前误差修正获取子孔径范围内望远系统自身的波前。

　　2　五角棱镜光束转向的波前误差[1,2]

　　如图2所示,沿x轴正向入射光线的方向向量r=i,则出射光线的初始方向向量为

　　根据棱镜转动定理,分析有制造误差的五角棱镜在有三维微偏角时出射光线的方向。

　　首先写出五角棱镜分别绕x、y和z轴转动θ₁、θ₂、θ₃的变换矩阵

测出θx′y、θx′z和θy′z,就可以由式(6)等确定角度制造误差和运动误差引起的扫描激光束转向的波前误差。

　　3　测量五角棱镜的运动误差

　　3.1　双频激光外差干涉法

　　双频激光外差干涉法,是利用塞曼效应产生两束强度相同、频差为1.8MHz的左右旋偏振光[3],再利用载波技术用干涉的方法将被测物理量转换成调频或调相信号,接收器接收载有测量信息的频差为1.8MHz的交流载波信号后,经过解调得到被测物理量。该方法信噪比、抗干扰能力和测量速度以及测量分辨力都很高[4]。

　　3.2　渥拉斯顿棱镜的特性

　　如图3所示,渥拉斯顿棱镜通过双折射把正入射的光束分为两束具有微小夹角且振动方向垂直的线偏振光,且两光束的出射角都几乎完全相等,则分束角为

　　α由棱镜的结构角β和棱镜材料对所入射光分出的o光、e光的折射率决定。实际上渥拉斯顿棱镜可以近似看作平行平面板而对偏摆角不敏感,即在小角度入射时分束角是几乎不变化的[5]。这种渥拉斯顿棱镜常被用于双频激光外差干涉中,可以测量多种几何量,如位移、角度、垂直度、平行度和直线度等[6]。

　　3.3　测量的基本原理和主要过程

　　如图1和图4所示,渥拉斯顿棱镜型双频激光干涉仪,以激光束为基准直线,用双频激光外差干涉法测量置于运动平台上的渥拉斯顿棱镜相对于该直线基准的上下位移量。

　　纵向塞曼双频激光器发出的两个左、右旋的圆偏振光