[发明专利]非圆柱面面形的可变一维球差干涉测量系统及应用方法

说明书

本发明公开了一种非圆柱面面形的可变一维球差干涉测量系统及应用方法，包括波面干涉仪、圆柱面CGH、柱面单透镜和非圆柱面，波面干涉仪通过平面镜头发出的平面波面依次经过圆柱面CGH、柱面单透镜后落到非圆柱面上，柱面单透镜安装在沿光轴方向布置的轨道上，通过改变柱面单透镜到圆柱面CGH的距离提供变化的用于补偿非圆柱面的一维球差，以及通过改变非圆柱面与柱面单透镜的距离可以适应不同曲率半径的非圆柱面的检测。本发明能够在不更换补偿器的情况下对大范围参数变化的非圆柱面面形进行干涉测量，可实现大范围参数变化的非圆柱面的检测，提高检测效率、降低检测成本。

技术领域

本发明涉及光学精密测量领域，具体涉及一种非圆柱面面形的可变一维球差干涉测量系统及应用方法。

背景技术

柱面是一个方向的曲率半径为有限值，另一个方向的曲率半径为无穷大的曲面，可看作是由直母线沿着垂直于母线的平面内曲线运动而生成。由于柱面的双曲率性质，柱面光学元件常用于校正像散或线聚焦/成像，例如抛物柱面可将平行光束聚焦到其焦线上(截面抛物线的焦点沿母线方向的连线)。高精度的光学柱面反射镜强激光系统、同步辐射系统和X射线望远镜系统中，在未来高能激光武器、核科学与新能源研究、天体物理学等国防和民用领域都将发挥重要作用。

非圆柱面的面形误差超精密测量是其制造的前提。传统干涉检测要求检测波面的形状与被测面理论形状完全一致。但干涉仪只有平面和球面标准镜头。测量非圆柱面时，需要干涉仪平面或球面镜头后放置一个CGH，将标准波前变换为与被测非圆柱面理想匹配的波前。然而，CGH只能实现一种形式的波前变换，是“一对一”定制化设计的，因此只能实现一种被测非圆柱面的检测。检测不同非圆柱面需要定制不同的CGH，检测效率低下，检测成本较高。

为了提高补偿器的灵活性，可以采用部分像差补偿的方法，使像差可被波面干涉仪解析即可。公告号为CN1587950A的中国专利文献公开了“一种用部分补偿透镜实现非球面面形的干涉测量方法”，但只能实现不同旋转对称非球面的测量。在突破非圆柱面干涉检测的灵活性方面。公告号为CN 108267094A的中国专利文献公开了“一种基于旋转CGH的非圆柱面干涉拼接测量系统及方法”，通过旋转柱面CGH的旋转角度可以使检测非圆柱面不同子孔径时的干涉条纹可以解析，但是其方法必须配合子孔径拼接使用，无法直接用来实现非圆柱面的全口径检测。公开号CN110823127A的中国专利文献公开了“一种基于圆柱面部分补偿器的非圆柱面面形干涉测量系统及方法”。采用一个圆柱面部分补偿器置于干涉仪平面波前之后，通过改变被测非圆柱面到柱面部分补偿器的距离以适应不同非圆柱面的检测。然而这种方法由于采用平行光入射，并且柱面部分补偿器相对于干涉仪的位置没有变化，因此部分补偿器出射的非圆柱面波前的一维球差为恒定值，只能近似检测一维球差幅值近似、顶点曲率半径不同的非圆柱面，可测非圆柱面的范围很小。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种非圆柱面面形的可变一维球差干涉测量系统及应用方法，本发明能够在不更换补偿器的情况下对大范围参数变化的非圆柱面面形进行干涉测量，可实现大范围参数变化的非圆柱面的检测，提高检测效率、降低检测成本。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种非圆柱面面形的可变一维球差干涉测量系统，包括波面干涉仪、圆柱面CGH、柱面单透镜和非圆柱面，所述波面干涉仪带有平面镜头，所述波面干涉仪通过平面镜头发出的平面波面依次经过圆柱面CGH、柱面单透镜后落到非圆柱面上，所述圆柱面CGH用于将平面镜头发出的平面波面转换成圆柱面波面，所述柱面单透镜用于将圆柱面CGH发出的圆柱面波面转换成非圆柱面波面，所述柱面单透镜安装在沿光轴方向布置的轨道上，以通过改变柱面单透镜到圆柱面CGH的距离提供变化的用于补偿非圆柱面的一维球差，以及通过改变非圆柱面与柱面单透镜的距离可以适应不同曲率半径的非圆柱面的检测。

可选地，所述平面镜头上还设有用于检测柱面单透镜到圆柱面CGH的距离、非圆柱面与柱面单透镜的距离的测距装置。