用于检测三次位相板的新型零位补偿器的设计
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位 补偿 器 。 ３ 零位 补偿 器 的设计
我 们根 据 三 次 位相 波 前 编码 板 的面 形 特点 ， 设 计 了一种 新 型的零 位补 偿方 式 ， 给出 了设 计 实例 ， 并 该补 偿器 全部 由球 面镜 组成 ， 因此 易 于加 工 ， 成本 且 较低 。文 中通 过 检 测 一 个 ＋１ ｍ 的三 次 位 相 板 ， ３ｍ 给 出 了简 易 的实验 验证 ， 最终 的补 偿效 果 良好 。
测 ，Ｅ Ｌ Ｄ照 明 设 计 。 Ｅｍａｌｙｘ ＠ ｘ ｔｅｕ ａ — ｉ：ｃｕ ｍｕ．ｄ ．ｎ 收 稿 日期 ：０ ０１ －７ 修 订 日期 ：０ １ ２１ ２ １－２２ ； ２ １ ・ ６
而 对 于非 旋 转 对 称 的 复杂 光 学 曲 面 的 面形 检 测， 虽然 目前 通用 的方 式还 是 采 用 轮廓 仪 的接 触 式
三 次位 相波 前编码 板 是一 种非 旋转 对称 的光 学 元 件 ， 然 ， 了补偿 三次 位相板 的特殊 面形 产生 的 显 为 波像 差 ， 计 零 位 补 偿 器 时 ， 该 对 各 种 像 差 进 设 应
行 深刻 地认识 。
偿 。彗 差 表示 轴 外 物 点 宽 光 束 经 光 学 系 统 成 像 后 失 对 称 的 情 况 ， 此 ， 们 可 以用 一 组 球 面 透 镜 ， 因 我 通 过 调 节 其 倾 斜 和 偏 心 ， 之 产 生 的 光 程 差 与 三 使 次 位相 板 的 面 形 相 补 偿 ， 而 形 成 我 们 需 要 的零 从
ｕ上上 上Ｏ ｌ ｉＳ
图 ２ 检 测 系 统 的 光 路 图
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（ ） 差渡 面 干涉 图 ａ彗 （ ）ｈ ｎ ｒ ｒｇａ ａ ｔｅｉｔ ｆ ｏｒｍ ｅｅ
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第 ４ 卷 第 ５期 １
２１ ０ １年 ５月
激 光 与 红 外
Ｌ Ｅ ＡＳ Ｒ ＆ Ｉ ＲＡＲＥ ＮＦ Ｄ
Ｖ １４１ Ｎｏ ５ ｏ． ， ． Ｍａ ， ０ １ ｙ ２ １
文章编号： ０－ ７ （０ １０ － ８－ １ １ ０８ ２１）５ ５２ ４ ０ ５ ０ ０
・ 学材料 与器件 ・ 光
ｌｎ ， ｕ ｈ ＧＨ ｎ ｆｃ ｕ ｅ ｃ ｓ ｉ ｃ ｍｐ ａｉｅ ｙ ｅ ｐ ｎ ｉｅ Ｗ ｅ ｇ ｖ ｅ ｍａ ｎ ｒｏ ｕ ｌｌｎ ｏ ｔｓ ｈ ｕ ｉ ｅ ｓ ｂ ｔｔｅ Ｃ ｍａ ｕａ ｔ ｒ ｏ ｔ ｓ ｏ ａ ｔ ｌ ｘ ｅ ｓｖ ． ａ ｅ ａ ｎ ｗ ｎ ｅ ｆｎ ｌ ｅ ｓ ｔ ｅ ｔｔｅ ｃ ｂ ｃ ｒ ｖ Ｓ ｒａ ｅ ａ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｈ ｕ ａ ｅｃ ａ ａ ｔ ｒ ｔ ｆ ｈ ｕ ｉ ｖ ｆ ｎ ｏ ｉ ｇ ｐ ａ ｅｐ ａ ｅ Ｗ ｅ ｄ ｓ ｒ ｅ ｅ ｉｎ ｏ ｅ ｕ ｃ ｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｔ ｅ ｓ ｒ ｃ ｈ ｒ ｃ ｅ ｓｉ ｏ ｅｃ ｂｃ ｗａ ｅ ｒ ｔ ｄ ｎ ｈ ｌｔ ． ｅ ｃ ｂ ｄ ａ ｄ ｓｇ ｆ ｈ ｆ ｆ ｉ ｃ ｔ ｏ ｃ ｓ ｉ ｔ ｎ ｌ ｌｎ ｎ ｄ ｏ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ． ｈ ｕｌｌｎ ｏ ｓ ｔ ｏ ｐ ｅ ｃ ｎ ｅ ｉｈ ａｅ ｅ ｓ ｅ ｍａ ｕ ａ ｔ ｒｄ ｕ ｌ ｅ ｓ ａ ｄ ｍａ ｅｓ ｍｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ｓ Ｔ ｅｎ ｌ ｅ ｓｃ ｎ ｉ ｓ ｆ ｗｏ ｓ ｈ ｒ ａ ｌ ｓ ｓ ｉ ｓ ｔ ｉ ｌ ｅ ｗｈ ｃ ａ ｙ ｔ ｂ ｎ ｆ ｃｕ ｅ ｒ ｏ ａ ｏ ｒ ｅ ｔ ｌｗ ｐ ｃ ． ａ ｉ
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激 光 与 红外
Ｎ ． ２ １ ｏ５ ０ １
许英朝 等
用于检测三次位相板 的新 型零位补偿 器的设计
５３ ８
算 全息 图进 行 零 位 补偿 ］但 计 算 全 息 图 的制 作 ，
价格相 对较 高 。 因此 对 于特殊 的非 旋转 对称 的光 学
＝
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Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｓ： ｕ ｉ ｈ ｅ ｐａｔ ｓ ｒａ ｅ ｔｓ ； ｕ ｌｌｎ ｏ ｉａ ｅ ｉ ｄ ｃ ｂ ｃ ｐ ａ ｌ ｅ； ｕ ｃ ｅ ｔ ｎ ｌ ｅ ｓ； ｐｔ ｌｄ ｓｇ ｓ ｆ ｃ ｎ
１ 引 言
测量 ， 但是 触针 式 的接 触式 测量 测量 时 间较长 ， 并易 在质 地较软 的待 测面 上造 成划痕 。采 用非 接触 式 的
２ 设 计原 理
图 ２是 设 计 的 检测 系统 ห้องสมุดไป่ตู้ 光路 图 ， 涉 仪 的球 干 面波 经过 零位 补偿 器 ， 产生 我们 需要 的非 球 面波前 ，
去补 偿三 次位 相板 的波 像 差 ， 经 过 一 块 平 面 反射 再 镜 原 路返 回 ， 进 入干 涉仪 ， 为检测 光波 。参 考光 并 作 波 由干涉 仪本 身提 供 。
ｔｅ ｉ ｄ ｓｒ ｓ ｕ ｉ ｇ ｔ ｅ ｃ ｎ ａ ｔｐ ｏ ｌｒ Ｂ ｔｎ ｎ ｃ ｎａ ｔ ｅ ｔ ｇ ｍｅｈ ｄ ｈ ｓ ｍｏ ｅ ｖ ｒ ｅ ，ｏ ｘ ｍｐ ｅ ｓ ｌ ｓ ｆ， ｈ ｎ ｕ ｔ ｉ ｓｎ ｈ ｏ ｔｃ ｒ ｆ ｅ ． ｕ ｏ —ｏ ｔｃ ｓｉ ｔｏ ａ ｒ ｉ ｕ ｓ ｆ ｒｅ ａ ｌ ， ｉ ｅ，ｗｉ ｙ ｉ ｔ ｎ ｔ ｍｐ ｔ
由球 面镜 组成 ， 于加工 ， 易 且成本 较低 。
关键词 ： 三次位 相板 ； 面形 检 测 ； 零位 补偿 ； 学设计 光
中图分 类 号 ： Ｎ ５ Ｔ ２６ 文献标 识码 ： Ａ
Ｎｅ ｄ ｓｇ ｆ ｎ ｌ ｌ ｎ ｏ ｔ ｓ ｕ ｉ ｈ ｓ ｌ ｔ ｗ ｅ ｉ ｎ ｏ ｕ ｌ ｅ ｓ ｔ ｅ ｔ ｃ ｂ ｃ ｐ ａ ｅ ｐ ａ ｅ
用 于检 测 三 次 位 相板 的新 型零 位 补偿 器 的设 计
许英朝 ， 鹰。林洪沂 ， 朱文章 ． 张 新 张 ， ， － ， 一
（． １ 厦门理工学 院数理系 ， 福建 厦 门 ３ １２ ；． ６ ０ ４２ 厦门理工学院光电工程技术研究中心 ， 福建 厦 门 ３ １２ ６ ０４； ３ 中国科学 院长春光学精密机械与物理研究所 ， ． 吉林 长春 １０ ３ ） ３ ０ ３
ｃｓ ｓ Ｏ ｏＯ・ ｉ ｎ （） ２
面形 ， 以考 虑设 计 易 于 制 作 且成 本 不 高 的零 位 补 可
偿器。
显然 ， 上式 中第 一项 为 彗差项 ， 二项 为彗 差项 第
乘 以一 项 因子 。可 见 由三次位 相板 产 生 的波像 差主 要 是彗 差 ， 故可 以考 虑 用球 面 透镜 形 成 的彗 差来 补
ＸＵ ｎ — ｈ ｏ 一， Ｙｉ ｇ ｃ ａ ＺＨＡＮＧ ｎ ， Ｉ Ｈｏ ｇ ｙ ， Ｙｉ ｇ Ｌ Ｎ ｎ ． ｉ ＺＨＵ ｅ ｚ ａ ， Ｗ ｎ．ｈ ｎｇ ＺＨＡＮＧ ｎ Ｘｉ
（ ． ｔ ｍａｃ ｎ ｈ ｓ ｓＤ ｐｒ ｅｔＸ ａ ｅ ｎｖｒｉ ｆ ｅｈｏｏｙ Ｘａ ｅ ６０ ４ Ｃ ｉａ １ Ｍａ ｅ ｔ ｓａｄＰ ｙｉ ｅ ａ ｍ ｎ， ｉｍ ｎＵ ｉｅｓｙｏ Ｔ ｃｎｌ ， ｉ ｎ３ １２ ， ｈ ； ｈ ｉ ｃ ｔ ｔ ｇ ｍ ｎ
对 于大 口径 的旋 转 对称 的非 球 面 ， 用 补偿 法 采 具有独 特 的优点 ， 常 补偿 器 的尺 寸 要 比被 检 验 … 通 的镜 面小好 几 倍 。补 偿 法 是 一种 无 接 触 干 涉测 量 ，
可 以保证 定性 和定 量地评 价 面形偏 差 。补偿 法 已经 是一 种 十 分成 熟 的检测 方 法 ， 国内 ， 然 Ｃ Ｈ 已 在 虽 Ｇ 经 应用 于大 口径非 球 面 镜 的 检测 ， 目前 检 测 大 口径 的非球 面镜依 然 主要采 用零位 补偿 法 。
摘
要： 三次位 相 的波前编 码位 相板 是 一种 非 旋 转对 称 光 学元 件。 对 于其 面 形及 整 个 元件 的
检测， 虽然 目前通用 的方 式还是 采用 轮廓仪 的接触 式 测 量 ， 采 用 非接 触 式 的 干 涉测 量 ， 但 具有
快速 、 洁 、 简 可避 免待 测元 件 的面形 不 受损 伤 等优 点 。非 接 触 式 的测 量方 法 ， 以采 用 计 算全 可 息 图进行 零位 补偿 ， 但计 算全 息 图的制作价 格 相对 较 高 。我 们根 据 三 次位 相 波 前编 码板 的面 形特 点 ， 到 一种 新型 的零 位 补偿 方 式 ， 给 出 了设 计 实例 ， 得 并 并进 行 了实验 验证 ， 补偿 器 全部 该
干涉测 量 ， 有快 速 、 洁 、 避免 待 测 元 件 的 面形 不 简 可 受损 伤等 优点 。非 接 触式 的测 量 方 法 ， 以采 用 计 可
基金项目： 福建省 自然科学基金青年创新项 目（ ｏ２ １Ｊ５４ ） Ｎ ．０ｏ０ １４ ； 福建省 教 育 厅 Ａ类 项 目（ ｏＪ １２８） 国家 自然 科 学 基 金 （ ０ Ｎ ． Ａ ０４ ； Ｎ． ６ ０００ ） 厦门市科技计划项 目（ ｏ３０ Ｚ ０９０ ９ 资助 。 １５ ０７ ； Ｎ ．５２ ２０ ３３ ） 作者简介 ： 许英 朝， 博士 ， 男， 讲师 ， 研究方向为光学设计 ， 光学检
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｉ ｃ ｂ ｃ ｗ ｖ ｆ ｎ ｏ ｉ ｇ ｐ ａ ｅ ｐ ａｅ ｉ ａ ｓ ｍｍｅｒｃ ｌｓ ｒ ｃ ． ｐ ｔ ｏ ｉ ｉ ｅ ｔ ｇ ｍｅ ｈ ｄ ｉ ｓｒ ｃ ： ｈ ｓ ｕ ｉ ａ ｅｒ ｔｃ ｄ ｎ ｈ ｓ ｌ ｔ ｓ ｎ ａ ｙ ｏ ｔ ａ ｕ ｆ ｅ Ｕ ｏ ｎ ｗ，ｔ ｍａｎ ｔｓｉ ｔ ｏ ｎ ｉ ａ ｓ ｎ
根据 三 次位 相板 的特殊 位 相 ， 们 考 虑 利用 几 我
块倾 斜装 调 的球 面透 镜组 合在 一起 作 为检 测系 统 的 零位 补偿器 。其 中利 用球 面透 镜 去补偿 三 次位相 板
的大 部分 彗差 项 和 一部 分 像 散 Ｊ得 到 工 程 设 计 ，
上 可 以接受 的效 果 。 如图 １ 示 ， 所 不难 看 出 ， 彗差 波 面 的干涉 图样 和 三 次位 相 的干涉 图样有 一 定 的相 似 性 。
２ Ｏ ｔ － ｌｃ ｒ ａ ｇｎ ｅ ｎ ｓ ａｃ ｅ ｔ ｒ Ｘｉｍｅ ｉ ｅｓｔ ｆＴ ｃ ｎ ｌ ｇ Ｘｉｍｅ ６ ０ ４， ｈ ｎ ； ． ｐ ｏ ｅｅ ｔ ｃ ｌ ｉ Ｅｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｃ ｎ ｅ ， ａ ｎ Ｕｎ ｖ ｒｉ ｏ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ， ａ ｎ ３ １ ２ Ｃ ｉ ａ ｉ ｙ
我 们根 据 三 次 位相 波 前 编码 板 的面 形 特点 ， 设 计 了一种 新 型的零 位补 偿方 式 ， 给出 了设 计 实例 ， 并 该补 偿器 全部 由球 面镜 组成 ， 因此 易 于加 工 ， 成本 且 较低 。文 中通 过 检 测 一 个 ＋１ ｍ 的三 次 位 相 板 ， ３ｍ 给 出 了简 易 的实验 验证 ， 最终 的补 偿效 果 良好 。
测 ，Ｅ Ｌ Ｄ照 明 设 计 。 Ｅｍａｌｙｘ ＠ ｘ ｔｅｕ ａ — ｉ：ｃｕ ｍｕ．ｄ ．ｎ 收 稿 日期 ：０ ０１ －７ 修 订 日期 ：０ １ ２１ ２ １－２２ ； ２ １ ・ ６
而 对 于非 旋 转 对 称 的 复杂 光 学 曲 面 的 面形 检 测， 虽然 目前 通用 的方 式还 是 采 用 轮廓 仪 的接 触 式
三 次位 相波 前编码 板 是一 种非 旋转 对称 的光 学 元 件 ， 然 ， 了补偿 三次 位相板 的特殊 面形 产生 的 显 为 波像 差 ， 计 零 位 补 偿 器 时 ， 该 对 各 种 像 差 进 设 应
行 深刻 地认识 。
偿 。彗 差 表示 轴 外 物 点 宽 光 束 经 光 学 系 统 成 像 后 失 对 称 的 情 况 ， 此 ， 们 可 以用 一 组 球 面 透 镜 ， 因 我 通 过 调 节 其 倾 斜 和 偏 心 ， 之 产 生 的 光 程 差 与 三 使 次 位相 板 的 面 形 相 补 偿 ， 而 形 成 我 们 需 要 的零 从
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图 ２ 检 测 系 统 的 光 路 图
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（ ） 差渡 面 干涉 图 ａ彗 （ ）ｈ ｎ ｒ ｒｇａ ａ ｔｅｉｔ ｆ ｏｒｍ ｅｅ
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第 ４ 卷 第 ５期 １
２１ ０ １年 ５月
激 光 与 红 外
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１ 引 言
测量 ， 但是 触针 式 的接 触式 测量 测量 时 间较长 ， 并易 在质 地较软 的待 测面 上造 成划痕 。采 用非 接触 式 的
２ 设 计原 理
图 ２是 设 计 的 检测 系统 ห้องสมุดไป่ตู้ 光路 图 ， 涉 仪 的球 干 面波 经过 零位 补偿 器 ， 产生 我们 需要 的非 球 面波前 ，
去补 偿三 次位 相板 的波 像 差 ， 经 过 一 块 平 面 反射 再 镜 原 路返 回 ， 进 入干 涉仪 ， 为检测 光波 。参 考光 并 作 波 由干涉 仪本 身提 供 。
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由球 面镜 组成 ， 于加工 ， 易 且成本 较低 。
关键词 ： 三次位 相板 ； 面形 检 测 ； 零位 补偿 ； 学设计 光
中图分 类 号 ： Ｎ ５ Ｔ ２６ 文献标 识码 ： Ａ
Ｎｅ ｄ ｓｇ ｆ ｎ ｌ ｌ ｎ ｏ ｔ ｓ ｕ ｉ ｈ ｓ ｌ ｔ ｗ ｅ ｉ ｎ ｏ ｕ ｌ ｅ ｓ ｔ ｅ ｔ ｃ ｂ ｃ ｐ ａ ｅ ｐ ａ ｅ
用 于检 测 三 次 位 相板 的新 型零 位 补偿 器 的设 计
许英朝 ， 鹰。林洪沂 ， 朱文章 ． 张 新 张 ， ， － ， 一
（． １ 厦门理工学 院数理系 ， 福建 厦 门 ３ １２ ；． ６ ０ ４２ 厦门理工学院光电工程技术研究中心 ， 福建 厦 门 ３ １２ ６ ０４； ３ 中国科学 院长春光学精密机械与物理研究所 ， ． 吉林 长春 １０ ３ ） ３ ０ ３
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面形 ， 以考 虑设 计 易 于 制 作 且成 本 不 高 的零 位 补 可
偿器。
显然 ， 上式 中第 一项 为 彗差项 ， 二项 为彗 差项 第
乘 以一 项 因子 。可 见 由三次位 相板 产 生 的波像 差主 要 是彗 差 ， 故可 以考 虑 用球 面 透镜 形 成 的彗 差来 补
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对 于大 口径 的旋 转 对称 的非 球 面 ， 用 补偿 法 采 具有独 特 的优点 ， 常 补偿 器 的尺 寸 要 比被 检 验 … 通 的镜 面小好 几 倍 。补 偿 法 是 一种 无 接 触 干 涉测 量 ，
可 以保证 定性 和定 量地评 价 面形偏 差 。补偿 法 已经 是一 种 十 分成 熟 的检测 方 法 ， 国内 ， 然 Ｃ Ｈ 已 在 虽 Ｇ 经 应用 于大 口径非 球 面 镜 的 检测 ， 目前 检 测 大 口径 的非球 面镜依 然 主要采 用零位 补偿 法 。
摘
要： 三次位 相 的波前编 码位 相板 是 一种 非 旋 转对 称 光 学元 件。 对 于其 面 形及 整 个 元件 的
检测， 虽然 目前通用 的方 式还是 采用 轮廓仪 的接触 式 测 量 ， 采 用 非接 触 式 的 干 涉测 量 ， 但 具有
快速 、 洁 、 简 可避 免待 测元 件 的面形 不 受损 伤 等优 点 。非 接 触 式 的测 量方 法 ， 以采 用 计 算全 可 息 图进行 零位 补偿 ， 但计 算全 息 图的制作价 格 相对 较 高 。我 们根 据 三 次位 相 波 前编 码板 的面 形特 点 ， 到 一种 新型 的零 位 补偿 方 式 ， 给 出 了设 计 实例 ， 得 并 并进 行 了实验 验证 ， 补偿 器 全部 该
干涉测 量 ， 有快 速 、 洁 、 避免 待 测 元 件 的 面形 不 简 可 受损 伤等 优点 。非 接 触式 的测 量 方 法 ， 以采 用 计 可
基金项目： 福建省 自然科学基金青年创新项 目（ ｏ２ １Ｊ５４ ） Ｎ ．０ｏ０ １４ ； 福建省 教 育 厅 Ａ类 项 目（ ｏＪ １２８） 国家 自然 科 学 基 金 （ ０ Ｎ ． Ａ ０４ ； Ｎ． ６ ０００ ） 厦门市科技计划项 目（ ｏ３０ Ｚ ０９０ ９ 资助 。 １５ ０７ ； Ｎ ．５２ ２０ ３３ ） 作者简介 ： 许英 朝， 博士 ， 男， 讲师 ， 研究方向为光学设计 ， 光学检
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｉ ｃ ｂ ｃ ｗ ｖ ｆ ｎ ｏ ｉ ｇ ｐ ａ ｅ ｐ ａｅ ｉ ａ ｓ ｍｍｅｒｃ ｌｓ ｒ ｃ ． ｐ ｔ ｏ ｉ ｉ ｅ ｔ ｇ ｍｅ ｈ ｄ ｉ ｓｒ ｃ ： ｈ ｓ ｕ ｉ ａ ｅｒ ｔｃ ｄ ｎ ｈ ｓ ｌ ｔ ｓ ｎ ａ ｙ ｏ ｔ ａ ｕ ｆ ｅ Ｕ ｏ ｎ ｗ，ｔ ｍａｎ ｔｓｉ ｔ ｏ ｎ ｉ ａ ｓ ｎ
根据 三 次位 相板 的特殊 位 相 ， 们 考 虑 利用 几 我
块倾 斜装 调 的球 面透 镜组 合在 一起 作 为检 测系 统 的 零位 补偿器 。其 中利 用球 面透 镜 去补偿 三 次位相 板
的大 部分 彗差 项 和 一部 分 像 散 Ｊ得 到 工 程 设 计 ，
上 可 以接受 的效 果 。 如图 １ 示 ， 所 不难 看 出 ， 彗差 波 面 的干涉 图样 和 三 次位 相 的干涉 图样有 一 定 的相 似 性 。
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