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《北京理工大学》 2016年
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激光差动共焦干涉元件参数测量关键技术

周楠  
【摘要】:随着如激光核聚变系统和紫外光刻机等国防、前沿科研技术领域的发展,对于球面元件参数的测量精度也随之提高。另外,光学元件的高精密加工是以高精度的检测为支撑的,检测精度在很大意义上决定了元件的加工精度。因而,与之相关的球面元件参数的高精度测量技术及其仪器化研究,具有重要的理论研究意义。针对球面元件参数的高精度检测难题,本论文研究并建立了激光差动共焦干涉元件参数测量系统。该系统把激光差动共焦理论与移相干涉理论进行有机融合,设计并搭建了激光差动共焦元件参数综合测量光路,其利用激光差动共焦原理实现对球面元件猫眼与共焦位置的精确定位从而实现球面元件曲率半径的高精度测量;同时,利用五步移相干涉测量技术实现对球面元件面形的高精度检测,进而实现球面元件曲率半径和面型的高精度同时测量。本论文主要研究内容为:1)分析激光差动共焦曲率半径测量原理与移相干涉面形测量原理,并将二者有机融合,构建激光差动共焦干涉元件参数测量光路。2)优化激光差动共焦干涉元件参数测量系统光路:在光学设计仿真软件Zemax中构建了系统仿真模型,根据系统要求,对系统所用的准直镜实现仿真设计,分析系统中两模块在光路中的相互影响。3)完成系统的机械结构设计:利用Solidworks软件对系统结构中用到的机械结构件进行设计,完成系统的搭建。4)实验验证及误差分析:验证所研制测量系统的有效性及其技术性能,并依据实验,分析干涉测量模块与曲率半径测量模块之间的相互影响。
【关键词】:差动共焦 曲率半径 移相干涉 面形检测
【学位授予单位】:北京理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TN249
【目录】:
  • 摘要5-6
  • Abstract6-10
  • 第一章 绪论10-22
  • 1.1 论文的研究背景与意义10-12
  • 1.2 仪器研究现状分析12-18
  • 1.3 激光差动共焦测量技术18-20
  • 1.4 本论文主要研究目的与意义20-22
  • 第二章 激光差动共焦干涉元件参数测量原理22-33
  • 2.1 激光差动共焦测量原理22-23
  • 2.2 激光差动共焦测量曲率半径测量原理23-26
  • 2.3 移相干涉测量原理26-29
  • 2.4 相位解包裹算法29-31
  • 2.5 Zernike多项式波面拟合算法31-32
  • 2.6 本章小结32-33
  • 第三章 激光差动共焦干涉光路优化33-38
  • 3.1 激光差动共焦模块光路设计33-34
  • 3.2 系统准直镜设计34-35
  • 3.3 差动共焦测量模块对移相干涉模块的影响分析35-37
  • 3.4 本章小结37-38
  • 第四章 差动共焦干涉元件参数测量系统构建38-46
  • 4.1 测量系统总体构成38-39
  • 4.2. 系统分光光路的结构39-40
  • 4.3 干涉测量模块结构设计40-41
  • 4.4 仪器测量软件41-45
  • 4.5 本章小结45-46
  • 第五章 系统测量实验验证与不确定度评定46-63
  • 5.1 实验装置46
  • 5.2 曲率半径误差分析与不确定度评定46-49
  • 5.2.1 干涉仪的测长误差47
  • 5.2.2 定焦误差47-48
  • 5.2.3 离轴误差48
  • 5.2.4 被测镜面形误差48
  • 5.2.5 测量重复性给出的不确定度分量48-49
  • 5.2.6 合成不确定度49
  • 5.3 激光差动共焦曲率半径测量实验49-52
  • 5.4 干涉测量模块对曲率半径测量模块影响实验分析52-54
  • 5.5 移相干涉面形测量实验54-62
  • 5.5.1 移相器校准与同轴性调整55
  • 5.5.2 移相干涉面形测量误差分析55-56
  • 5.5.3 干涉面形测量56-62
  • 5.6 本章小结62-63
  • 结论63-64
  • 参考文献64-68
  • 攻读学位期间发表论文与研究成果清单68-69
  • 致谢69

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