计算全息法测量长焦距透镜透射波前的检测装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种计算全息法测量长焦距透镜透射波前的检测装置及检测方法，属于光学测量技术领域。其主要由干涉仪、被测长焦距透镜和菲涅尔波带片组成菲索干涉光路，干涉仪输出的准直平行光通过标准平面镜时，一束由标准平面镜参考面反射形成标准参考光束，另一束透过被测长焦距透镜透射、经波带片反射沿原路返回形成测试光束；测试光束与标准参考光束发生干涉，调整被测长焦距透镜，使干涉条纹最少，即可测量得到被测长焦距透镜的透射波前。本发明专利技术适用于长焦距透镜的透射波前的检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学测量
，涉及一种透镜透射波前的检测装置、检测方法，尤其涉及长焦距透镜的透射波前的检测装置、检测方法。
技术介绍
随着航空、航天、天文学和高功率激光等领域的发展，加大了对光学系统质量和精度的要求，为保证光学系统成像质量，精确测量光学透镜透射波前显得越来越重要。大口径长焦距透镜广泛应用于惯性约束聚变、天文探测系统等国家大型光学装置中。透射波前是该类元件的一项重要指标，透射波前与设计不匹配将直接影响光束质量和成像质量。现有光学透镜透射波前测试方法主要有球面干涉法、朗奇光栅法、夏克-哈特曼法。球面干涉法是通过与一块标准球面镜做比较得到被测透镜的波前。干涉图直接显示被测面与参考面之间的偏差。参考球面镜的表面质量、干涉仪的误差组成整个测量装置的系统误差。对大口径长焦距透镜的波前检测，由于球面镜的加工误差及测量光路太长，该方法可操作性较差。朗奇光栅法通过计算莫尔条纹的偏移来得到透镜波前信息。两个周期相同的朗奇光栅间隔塔尔博特距离摆放，通过莫尔条纹的平移即可测量波前梯度，得到波前信息,但该方法空间分辨率较低。夏克-哈特曼法通过在透镜的后焦面放置的微透镜给出每个入射光的波前梯度，每个微透镜得到的波前通过计算其在艾利斑处的梯度信息并利用最小二乘法得到整个表面的波前。此外，申请号为201510218238.6的专利技术专利申请就公开了一种弯月透镜的透射波前检测装置及检测方法，该检测装置包括沿光路依次设置的干涉仪、计算全息图、被测弯月透镜和球面反射镜；干涉仪的出光端设置有标准镜头，干涉仪固定在第1五维调整架上，计算全息图固定在第2五维调整架上，被测弯月透镜固定在第3五维调整架上，球面反射镜固定在第4五维调整架上。该检测方法包括获取球面反射镜总体误差、获取弯月透镜测量总体误差、处理数据三个大步骤。利用计算全息图，既能实现全息片与干涉仪的对准，又能补偿由弯月透镜和球面反射镜产生的球差，使整个检测系统实现零位检测。采用上述的方法进行测量时，光路较复杂，测量时调校复杂；对长焦距透镜的波前检测而言，该方法测量光路较长，振动、气流等扰动会降低检测精度；对大口径透镜的检测，球面反射镜的尺寸也需要很大，高精度的球面反射镜的加工精度、装夹等因素会影响检测精度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供一种全息法测量长焦距透镜透射波前的检测装置及检测方法，采用平面干涉仪、被测透镜和菲涅尔波带片组成的菲索干涉检测光路对长焦距透镜进行检测，实现对长焦距透镜的透射波前的高精度测量。本专利技术采用的技术方案如下：一种计算全息法测量长焦距透镜透射波前的检测装置，包括干涉仪，干涉仪外侧沿远离干涉仪的方向依次设置有被测长焦距透镜、菲涅尔波带片；干涉仪输出的准直平行光通过干涉仪端部的标准平面镜时，一部分准直平行光经标准平面镜反射形成标准参考光束，另一部分准直平行光依次透过标准平面镜、被测长焦距透镜后在菲涅尔波带片上产生反射并沿原路返回形成测试光束，测试光束与标准参考光束产生干涉条纹。其中，涅尔波带片的第一级衍射曲率半径R与被测长焦距透镜的焦距f满足关系：f＝R+τ，其中τ为波带片与透镜之间的间距。其中，菲涅尔波带片的各环带的半径参数为rn：(2ρn-2R＝n(λ/2))，其中，ρn为第n环带到焦点F的光程，R为波带片的曲率半径，n为自然数，λ为准直平行光的波长。其中，还包括五维调节架和二维调节架，被测长焦距透镜放置于五维调节架上，菲涅尔波带片放置于二维调节架上。一种全息法测量长焦距透镜透射波前的检测方法，包括如下步骤：步骤一、制作菲涅尔波带片根据菲涅尔波带片的各环带的半径参数rn制作菲涅尔波带片；步骤二、测得背景波前搭建菲索干涉检测光路，测量步骤一中制作的菲涅尔波带片的0级反射波前，并将菲涅尔波带片的0级反射波前作为背景波前；步骤三、测得组合波前将被测长焦距透镜放置入步骤二搭建的检测光路中，被测长焦距透镜位于标准平面镜与菲涅尔波带片之间；调节菲涅尔波带片与被测长焦距透镜之间的间距为τ，τ的取值范围为200mm～600mm，调节被测长焦距透镜的姿态，并测得组合波前；步骤四、数据处理将步骤三中测得的组合波前减去步骤二中测得的背景波前，得到被测长焦距透镜的透射波前。其中，步骤一中，在确定菲涅尔波带片的第一级衍射曲率半径时，菲涅尔波带片的第一级衍射曲率半径R与被测长焦距透镜的焦距f满足关系：f＝R+τ，其中τ为波带片与透镜之间的间距。其中，步骤一中，菲涅尔波带片的各环带的半径参数rn的计算公式为：2ρn-2R＝n(λ/2)，其中，ρn为第n环带到焦点F的光程，R为波带片的曲率半径，n为自然数，λ为准直平行光的波长。其中，制作菲涅尔波带片时，先采用激光直写的方法制作掩膜板，然后利用紫外曝光法将掩膜板上的图形转移到石英基板表面上形成光刻胶掩膜，再利用离子束刻蚀法将光刻胶掩膜上的图形转移到石英基板上，待刻蚀完成后清洗掉石英基板上的图形表面的光刻胶即可。其中，步骤二中，搭建的检测光路包括干涉仪，干涉仪外侧沿远离干涉仪的方向依次设置有被测长焦距透镜、菲涅尔波带片；干涉仪输出的准直平行光通过干涉仪端部的标准平面镜时，一部分准直平行光经标准平面镜反射形成标准参考光束，另一部分准直平行光依次透过标准平面镜、被测长焦距透镜后在菲涅尔波带片上产生反射并沿原路返回形成测试光束，测试光束与标准参考光束产生干涉条纹。其中，还包括五维调节架和二维调节架，被测长焦距透镜放置于五维调节架上，菲涅尔波带片放置于二维调节架上。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术的检测装置中，平面干涉仪、被测长焦距透镜和菲涅尔波带片均置于同一块隔振平台，组成共光轴检测系统，菲涅尔波带片既能补偿被测长焦距透镜的像差，又能提供所需的参考波面，因而无需再检测装置中引入补偿镜等其它辅助元件，检测装置结构精简，易于调校，并为长焦距透镜透射波前的测量提供了一种简便精确的新方法，并且采用该检测装置对长焦距透镜进行透射波前检测的检测精度较高。2、本专利技术的检测装置中，菲涅尔波带片等价于凸面反射镜，其曲率中心与被测长焦距透镜焦点重合，曲率半径R与焦距f满足关系f＝R+τ，使得无论被测长焦距透镜的焦距f多大，通过合理设计菲涅尔波带片可使得间距检测光路小于1米，最大程度降低气流、振动等环境扰动的影响，提高检测精度。3、本专利技术的检测装置中，菲涅尔波带片的各环带的半径参数rn满足关系：2ρn-2R＝n(λ/2)，其中，ρn为第n环带到焦点F的光程，R为波带片的曲率半径，n为自然数，λ为测试光波长；由此关系式确定的环带半径，使得菲涅尔波带片等价于曲率半径为R的凸面镜，从而可有效缩短检测光路，检测光路更加精简，减少检测过程中引入的检测误差，提高检测精度。4、本专利技术的检测装置中，被测长焦距透镜装夹在五维调节架上，菲涅尔波带片装夹在二维调节架上，通过五维调节架、二维调节架可实现平移、倾斜、俯仰等高精度调节，调整被测长焦距透镜、菲涅尔波带片的姿态，使被测长焦距透镜、菲涅尔波带片的姿态能够更加适应检测的需求，降低调节误差，提高检测精度。5、本专利技术的检测方法中，放置被测长焦距透镜前，菲涅尔波带片相当于反射平板，其反射波前反应了干涉检测背景误差；放置被测长焦距透镜后，菲涅尔波带片产生的衍射波前提供参考球面波用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计算全息法测量长焦距透镜透射波前的检测装置，其特征在于：包括干涉仪(1)，干涉仪(1)外侧沿远离干涉仪(1)的方向依次设置有被测长焦距透镜(3)、菲涅尔波带片(4)；干涉仪(1)输出的准直平行光通过干涉仪(1)端部的标准平面镜(2)时，一部分准直平行光经标准平面镜(2)反射形成标准参考光束，另一部分准直平行光依次透过标准平面镜(2)、被测长焦距透镜(3)后在菲涅尔波带片(4)上产生反射并沿原路返回形成测试光束，测试光束与标准参考光束产生干涉条纹。

【技术特征摘要】
1.一种计算全息法测量长焦距透镜透射波前的检测装置，其特征在于：包括干涉仪(1)，干涉仪(1)外侧沿远离干涉仪(1)的方向依次设置有被测长焦距透镜(3)、菲涅尔波带片(4)；干涉仪(1)输出的准直平行光通过干涉仪(1)端部的标准平面镜(2)时，一部分准直平行光经标准平面镜(2)反射形成标准参考光束，另一部分准直平行光依次透过标准平面镜(2)、被测长焦距透镜(3)后在菲涅尔波带片(4)上产生反射并沿原路返回形成测试光束，测试光束与标准参考光束产生干涉条纹。2.如权利要求1所述的计算全息法测量长焦距透镜透射波前的检测装置，其特征在于：菲涅尔波带片(4)的第一级衍射曲率半径R与被测长焦距透镜(3)的焦距f满足关系：f＝R+τ，其中τ为波带片与透镜之间的间距。3.如权利要求1所述的计算全息法测量长焦距透镜透射波前的检测装置，其特征在于：菲涅尔波带片(4)的各环带的半径参数为rn：(2ρn-2R＝n(λ/2))，其中，ρn为第n环带到焦点F的光程，R为波带片的曲率半径，n为自然数，λ为准直平行光的波长。4.如权利要求1所述的计算全息法测量长焦距透镜透射波前的检测装置，其特征在于：还包括五维调节架和二维调节架，被测长焦距透镜(3)放置于五维调节架上，菲涅尔波带片(4)放置于二维调节架上。5.一种计算全息法测量长焦距透镜透射波前的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、制作菲涅尔波带片(4)根据菲涅尔波带片(4)的各环带的半径参数rn制作菲涅尔波带片(4)；步骤二、测得背景波前搭建菲索干涉检测光路，测量步骤一中制作的菲涅尔波带片(4)的0级反射波前，并将菲涅尔波带片(4)的0级反射波前作为背景波前；步骤三、测得组合波前将被测长焦距透镜(3)放置入步骤二搭建的检测光路中，被测长焦距透镜(3)位于标准平面镜(2)与菲涅尔波带片(4)之间；调节菲涅尔波带片(4)与被测长焦距透镜(3)之间的间距至为τ，τ的取值范围为200mm～600mm，调节被测长...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏小红，何宇航，柴立群，高波，徐凯源，李强，刘昂，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川;51