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用于非球面检测的计算全息设计及其精度分析

康果果  谢敬辉  刘祎  
【摘要】:计算全息元件(Computer-generated hologram)因其优秀的波面生成能力,被广泛地用于非球面面型检测中。设计出高质量的波面补偿全息元件并根据实际加工能力提出合适的公差范围是实现非球面面型高精度检测的基础。本文详细介绍了用于非球面检测计算全息元件的设计方法和步骤:提出运用虚拟媒质(对特定波长的折射率为零的介质)建立非球面波面模型,并借助于商用光学设计软件进行计算全息位相分布的求取,波差设计精度优于λ/1000;全息面上载频的选取充分考虑滤波的要求并巧妙地结合干涉仪的视场范围进行干扰级次的滤除,确保得到高质量的干涉图形;根据计算全息干涉图的制作原理,在Matlab平台上自行设计了基于牛顿迭代思想的计算机仿真算法实现干涉图样坐标的求取;在波面补偿元件的外围设计了用于消除计算全息元件倾斜、偏心和离焦误差的反射式菲涅尔波带板,使计算全息元件具有自校准功能,从而降低甚至消除了元件的位置误差对测量带来的影响;从理论上定量分析了计算全息片基面型误差、全息图样偏差、刻蚀深度不均匀性和线宽不均匀性对再现波面的影响,得出了相应的误差公式指导计算全息元件加工环节的公差分配。文章最后实例设计了用于检测口径40mm, 顶点曲率半径170mm,非球面系数为-1的二次抛物反射面计算全息元件,检测不确定度达到λ/20。

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