光学扫描型长程轮廓仪关键技术研究

【摘要】离轴筒状超光滑非球面主要应用于软X射线/极紫外波段的掠射光学系统，是用于空间天气预报的软X射线望远系统的主要结构。目前，面形检测是研制筒状非球面的关键和难点。国内由于缺少筒状物镜非球面面形检测方法与设备已严重制约了我国软X射线空间探测望远镜及相关光学仪器设备的研制。细光束干涉扫描方法是当前国际上用于非常规光学元件面形测量的先进技术之一。针对离轴筒状非球面的检测，本文基于细光束干涉原理设计了一台三维扫描型长程轮廓仪(LTP)。相比于已有的LTP，该LTP采用了新的分束结构光束调制器，理论分析和MATLAB仿真结果表明光束调制器可以获得更高的探测精度；同时三维扫描型LTP系统中改变了导轨和转台的工作模式，有效避免了测量时被测面由于受自身重力影响而导致的镜面变形。文中利用ZEMAX软件对LTP光学结构进行了仿真，仿真结果证明三维扫描型LTP系统是可行的，此外自行设计的准直镜和FT透镜也满足LTP测量精度要求。针对三维扫描型LTP的误差源，本文先对其进行了分类，对其中影响较大的误差源进行了精确分析并提出了相应的校正方法。为了验证三维扫描型LTP系统的可行性，利用已有的器件搭建了一个二维长程轮廓仪光路，主要为了检测CCD上干涉条纹的大小、形状以及轮廓仪的稳定性，以为最终三维扫描型LTP光学平台的搭建做准备。在测量数据处理方面，利用双臂旋滤波和阈值滤波对干涉条条纹进行滤波，然后用二维导数符号二值法对条纹进行粗定位，用多项式拟合对条纹进行精定位，定位精度可达0.1个像素。选择几种积分算法对被测面面型进行重构，利用面型评价函数如RMS粗糙度、PV、功率谱密度、自相关函数等对被测面型进行评价。最后，本文模拟了一个筒状抛物镜面，利用以上几种积分算法对其进行面型重构，同时利用面形评价函数对重构面形进行评价，以检验各种积分算法的性能。
【作者】廖家胜；
【导师】巩岩；
【作者基本信息】中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)，光学工程，2013，硕士
【关键词】筒状非球面；长程轮廓仪；分束器；面型重构；面型评价；

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