[发明专利]一种基于计算全息测量透镜焦距的方法

权利要求书

1.一种基于计算全息测量透镜焦距的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)CGH的设计，根据被测透镜前后表面的曲率半径、中心厚、透镜的材质以及待测透镜与CGH的间距，得出CGH的各环带半径参数，从而制作出CGH；

2)背景波前的获取，采用平面干涉仪，多次测量CGH的0级波前，取平均作为背景波前；

3)被测透镜与CGH的间距的获取，采用平面干涉仪，将被测透镜置于平面干涉仪的标准平面镜与CGH之间，多次测量透镜的波前，同时测量透镜与CGH的间距，将各透射波前减去背景波前，计算离焦量-间距的关系，利用最小二乘法拟合得到最优间距；

4)透镜焦距获取，采用球面干涉仪，先测量CGH的1级曲率半径，然后根据CGH的曲率半径以及被测透镜与CGH的间距，得出被测透镜的焦距。

2.根据权利要求1所述的一种基于计算全息测量透镜焦距的方法，其特征在于，根据被测透镜的焦距，设计第一级衍射曲率半径；根据费马等光程原理，计算CGH的位相分布。

3.根据权利要求2所述的一种基于计算全息测量透镜焦距的方法，其特征在于，制作出CGH的具体方法包括：

从平面干涉仪出射的平行光经被测透镜、CGH的所有光线的光程均相等，即有

n₀|PQ|+n₁|QM|+n₀|MN|+φ(r)＝n₀d₁+n₁d₂+n₀d₃＝C (1)

其中，C为常数，φ(r)为CGH补偿的相位代表的光程差，|PQ|为P点与Q点之间的光程，|QM|为Q点与M点之间的光程，|MN|为M点与N点之间的光程，n₀为空气的折射率，n₁为透镜的折射率，d₁为平面干涉仪的标准平面镜到透镜的距离，d₂为透镜的厚度，d₃为透镜后表面到CGH的距离；由此可得

φ(r)＝n₀d₁+n₁d₂+n₀d₃-(n₀|PQ|+n₁|QM|+n₀|MN|) (2)

根据被测透镜前后表面的曲率半径、中心厚、透镜的材质以及待测透镜与CGH的间距，计算出CGH的各环带半径参数，从而使用激光直写或离子束刻蚀方法制作CGH。

4.根据权利要求1所述的一种基于计算全息测量透镜焦距的方法，其特征在于，在CGH与平面干涉仪输出的准直平行光通过平面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、被测透镜后，被CGH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；调节被测透镜与CGH之间的相对位置和姿态，得到一组离焦量不同的透射波前图，从而获得透射波前。

5.根据权利要求4所述的一种基于计算全息测量透镜焦距的方法，其特征在于，被测距透镜放置于五维调节架上，CGH放置于二维调节架上，进行被测透镜与CGH之间的相对位置和姿态的调节。

6.根据权利要求1或5所述的一种基于计算全息测量透镜焦距的方法，其特征在于，通过球面干涉仪的干涉条纹判读来精确确定猫眼和共焦两点位置，并测得这两点之间的距离来得到CGH的曲率半径。

7.根据权利要求6所述的一种基于计算全息测量透镜焦距的方法，其特征在于，针对检测透射波前设计的CGH，在曲率半径标定时，采用高衍射级次光。

8.根据权利要求7所述的一种基于计算全息测量透镜焦距的方法，其特征在于，测量得到的猫眼与共焦两点位置间的间距，为CGH的n级衍射级次的曲率半径Rn；1级曲率半径R＝nRn；被测长焦距透镜的焦距f与CGH的1级率半径R满足关系：f＝R+τ，其中τ为CGH与透镜之间的间距。