[发明专利]一种基于计算全息测量透镜焦距的方法

说明书

本发明公开了一种基于计算全息测量透镜焦距的方法，包括如下步骤：CGH的设计，根据透镜前后表面的曲率半径、中心厚、透镜的材质以及透镜与CGH的间距，得出CGH各环带半径参数，制作CGH；背景波前的获取，采用平面干涉仪，多次测量CGH的0级波前，取平均为背景波前；透镜与CGH的间距的获取，采用平面干涉仪，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‑间距关系，得到最优间距；透镜焦距获取，测量CGH的1级曲率半径，根据CGH的1级曲率半径以及透镜与CGH的间距，得透镜的焦距。本发明实现了长焦透镜焦距的高精度检测，缩短了整体检测光路长度，提升了抗环境干扰能力。

技术领域

本发明属于透镜焦距检测技术领域，更具体的说是涉及一种基于计算全息测量透镜焦距的方法。

背景技术

随着航空、航天、和天文学等领域的发展，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，精确测量光学透镜焦距显得越来越重要。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。焦距是该类元件的一项重要指标，焦距与设计不匹配将直接影响光束质量和成像质量。

现有光学透镜焦距测试方法主要有刀口法、哈特曼法、莫尔偏折法、组合透镜法和激光差动共焦法。其中，刀口法和哈特曼法所需空间较长，结果受检测人员主观影响较大；莫尔偏折法采用莫尔条纹判读的方式，受环境影响明显，且溯源困难；组合透镜法虽然极大的缩短了检测光路长度，但仍无法解决干涉法固有抗干扰能力差的问题，且被测镜和标准镜的距离作为关键参数无法准确测量。

因此，如何提供一种高精度测量透镜焦距的方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于计算全息测量透镜焦距的方法，实现了长焦透镜焦距的高精度检测，缩短了整体检测光路长度，提升了抗环境干扰能力。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于计算全息测量透镜焦距的方法，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。

优选的，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。

优选的，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)