CN107907307B - 一种楔形透镜透射波前的测量装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种楔形透镜透射波前的测量装置和方法。其中，本发明提供的楔形透镜透射波前的测量装置主要包括沿光路传播方向的平面干涉仪、被测楔形透镜、计算全息元件，平面干涉仪、被测楔形透镜和计算全息元件被安放在光学平台上；所述计算全息元件与平面干涉仪的透射标准镜之间的夹角为γ，所述被测楔形透镜处于设计位置。本发明采用平面干涉仪和计算全息元件测量楔形透镜的透射波前，光路结构简单，易于实现；另外，通过对准区域和基准区域的辅助，可以很容易的将计算全息元件和被测楔形透镜调整到设计位置，光路调整非常方便，在实际应用和生产中具有较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于光学测量领域，具体涉及一种楔形透镜透射波前的测量装置和方法。
背景技术
楔形透镜由直角棱镜和平凸透镜组合而成，它可以整合原有的光学***，减少所使用的光学元件的数量，提高光学***的性能，主要应用于大型天文望远镜、干涉仪、激光点火装置等。透射波前是楔形透镜加工的一个重要指标，它的精度直接影响光束的质量，因此，我们需要准确地测量楔形透镜的透射波前。现有技术中，目前常用的楔形透镜透射波前测量方法是补偿透镜法。补偿透镜法是由球面干涉仪产生一束球面光，光线首先经过补偿透镜，再经过楔形透镜，之后由标准平面反射镜反射，沿原路返回到干涉仪中，从而实现透射波前的测量。然而，该方法需要使用补偿镜、标准平面反射镜、自准直平行光管等，光路复杂，调整不便。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，提供一种光路简单并且调整方便的楔形透镜透射波前的测量装置和方法。
为了达到上述目的，本发明提出一种楔形透镜透射波前的测量装置，沿光路传播方向依次由平面干涉仪(3)、楔角为α的被测楔形透镜(2)、计算全息元件(1)组成，平面干涉仪(3)、被测楔形透镜(2)和计算全息元件(1)被安放在光学平台上；所述计算全息元件(1)与平面干涉仪(3)的透射标准镜之间的夹角为γ；所述被测楔形透镜(2)处于设计位置，被测楔形透镜(2)与计算全息元件(1)之间的距离为d，所述平面干涉仪(3)发出的检测光波以β角入射到被测楔形透镜(2)。
所述α、β和γ之间的关系满足sinβ＝nsinα和γ＝β-α，其中，n为被测楔形透镜(2)的折射率。
所述计算全息元件(1)根据被测楔形透镜(2)的参数设计并制作；
所述计算全息元件(1)包括检测区域(11)、对准区域(12)和基准区域(13)三个区域，其中，检测区域(11)的计算全息图使用的衍射级次为ma级，用于检测被测楔形透镜(2)的透射波前；对准区域(12)的计算全息图使用的衍射级次为mb级，用于对准计算全息元件(1)和平面干涉仪(3)；基准区域(13)的计算全息图使用的衍射级次为mc级，用于投射标记(4)，辅助调整被测楔形透镜(2)的位置。
进一步的，所述的计算全息元件(1)镀反射膜。
进一步的，所述的计算全息元件(1)采用位相型计算全息图。
本发明还提出一种楔形透镜透射波前的测量方法，包括以下步骤：
步骤1、根据被测楔形透镜(2)的参数，设计并制作计算全息元件(1)；
步骤2、将平面干涉仪(3)和计算全息元件(1)安放在光学平台上，调整计算全息元件(1)，使计算全息元件(1)与平面干涉仪(3)的透射标准镜之间的夹角为γ；
步骤3、将楔角为α的被测楔形透镜(2)放入光路，调整被测楔形透镜(2)，使被测楔形透镜(2)处于设计位置；
步骤4、测量由步骤3获得的干涉图，进而得到被测楔形透镜(2)的透射波前。
所述计算全息元件(1)包括检测区域(11)、对准区域(12)和基准区域(13)三个区域；
其中，检测区域(11)的计算全息图使用的衍射级次为ma级，用于检测被测楔形透镜(2)的透射波前；对准区域(12)的计算全息图使用的衍射级次为mb级，用于对准计算全息元件(1)和平面干涉仪(3)；基准区域(13)的计算全息图使用的衍射级次为mc级，用于投射标记(4)，辅助调整被测楔形透镜(2)的位置。
所述步骤2中使计算全息元件(1)与平面干涉仪(3)的透射标准镜之间的夹角为γ的具体步骤如下：
2.1、粗调计算全息元件(1)的位置和姿态，使对准区域(12)返回的mb级衍射光波在平面干涉仪(3)中形成干涉图；
2.2、根据对准区域(12)的干涉图精调计算全息元件(1)的位置和姿态，直到对准区域(12)的干涉图实现零条纹。
所述步骤3中所述使被测楔形透镜(2)处于设计位置具体为：
被测楔形透镜(2)与计算全息元件(1)之间的距离为d，所述平面干涉仪(3)发出的检测光波以β角入射到被测楔形透镜(2)，其中所述参数α、β和γ满足sinβ＝nsinα和γ＝β-α，其中，n为被测楔形透镜(2)的折射率。
进一步的，所述步骤3中所述使被测楔形透镜(2)处于设计位置的具体步骤如下：
3.1、根据基准区域(13)的mc级衍射光波投射的标记(4)，粗调被测楔形透镜(2)的位置和姿态，使检测区域(11)返回的ma级衍射光波在平面干涉仪(3)中形成干涉图；
3.2、根据检测区域(11)的干涉图精调被测楔形透镜(2)的位置和姿态，直到检测区域(11)的干涉图实现零条纹。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明提供了一种楔形透镜透射波前的测量装置和方法，主要采用平面干涉仪和计算全息元件实现楔形透镜透射波前的测量，光路结构简单，易于实现。
2、本发明提供的楔形透镜透射波前的测量装置和方法，利用计算全息元件设计的灵活性，在计算全息元件上同时设计检测区域、对准区域和基准区域，通过对准区域和基准区域的辅助，可以很容易的将计算全息元件和被测楔形透镜调整到设计位置，光路调整非常方便，在实际应用和生产中具有较好的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种楔形透镜透射波前的测量装置的示意图。
图2是本发明实施例提供的一种楔形透镜透射波前的测量方法的流程图。
图3是本发明实施例提供的计算全息元件的区域分布图。
图4是本发明实施例提供的计算全息元件调整示意图。
图中：1—计算全息元件，2—被测楔形透镜，3—平面干涉仪，11—检测区域，12—对准区域，13—基准区域，4—标记。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图1-4，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。
实施例1，为本发明所提供的一种楔形透镜透射波前的测量装置，如图1，沿光路传播方向依次由平面干涉仪(3)、楔角为α的被测楔形透镜(2)、计算全息元件(1)组成，平面干涉仪(3)、被测楔形透镜(2)和计算全息元件(1)被安放在光学平台上；所述计算全息元件(1)与平面干涉仪(3)的透射标准镜之间的夹角为γ，所述被测楔形透镜(2)处于设计位置；所述被测楔形透镜(2)处于设计位置，被测楔形透镜(2)与计算全息元件(1)之间的距离为d，所述平面干涉仪(3)发出的检测光波以β角入射到被测楔形透镜(2)。
所述计算全息元件(1)根据被测楔形透镜(2)的参数设计并制作；
进一步的，所述的计算全息元件(1)镀反射膜，反射膜为高反射率的铝膜。
进一步的，所述的计算全息元件(1)采用位相型计算全息图。
在本实施例中，被测楔形透镜(2)的透镜表面参数方程为：
其中，c＝1/R，R为非球面顶点曲率半径，k为二次曲面常数，A为非球面系数。被测楔形透镜(2)的楔角为α＝7.9°，尺寸为200mm×200mm×30mm，材料采用熔石英玻璃，其折射率为n＝1.457，透镜参数为R＝-1370.9mm,k＝-2.122557，A＝-3.717536×10-8。
被测楔形透镜(2)与计算全息元件(1)之间的距离为d＝500mm。由于α、β和γ之间的关系满足sinβ＝nsinα和γ＝β-α，则检测光波的入射角为β＝11.55°，计算全息元件(1)与平面干涉仪(3)的透射标准镜之间的夹角为γ＝3.65°。
如图2所示，为本发明所提供的一种楔形透镜透射波前的测量方法，包括以下步骤：
步骤1、根据被测楔形透镜(2)的参数，设计并制作计算全息元件(1)。
在本实施例中，所述的计算全息元件(1)的尺寸为230mm×230mm×30mm，包括检测区域(11)、对准区域(12)和基准区域(13)三个区域，如图3所示。三个区域的计算全息图使用的衍射级次ma、mb和mc均为+3级，其中，检测区域(11)的计算全息图用于检测被测楔形透镜(2)的透射波前，该区域计算全息图的大小为170mm×170mm，最小刻线周期为19.7μm；对准区域(12)的计算全息图用于对准计算全息元件(1)和平面干涉仪(3)，该区域计算全息图的大小为20mm×80mm，最小刻线周期为14.3μm；基准区域(13)位于检测区域(11)外侧，由四个10mm×10mm正方形区域构成，用于投射标记(4)，辅助调整被测楔形透镜(2)的位置，该区域计算全息图的最小刻线周期为12.4μm。
步骤2、如图4所示，将平面干涉仪(3)和计算全息元件(1)安放在光学平台上，调整计算全息元件(1)，使计算全息元件(1)与平面干涉仪(3)的透射标准镜之间的夹角为γ＝3.65°；
具体调整步骤如下：首先，粗调计算全息元件(1)的位置和姿态，使对准区域(12)返回的+3级衍射光波在平面干涉仪(3)中形成干涉图，然后，根据对准区域(12)的干涉图精调计算全息元件(1)的位置和姿态，直到对准区域(12)的干涉图实现零条纹。
步骤3、如图1所示，将楔角为α＝7.9°的被测楔形透镜(2)放入光路，调整被测楔形透镜(2)，使其处于设计位置；
具体调整步骤如下：首先，根据基准区域(13)的+3级衍射光波投射的标记(4)，粗调被测楔形透镜(2)的位置和姿态，使检测区域(11)返回的+3级衍射光波在平面干涉仪(3)中形成干涉图，然后，根据检测区域(11)的干涉图精调被测楔形透镜(2)的位置和姿态，直到检测区域(11)的干涉图实现零条纹。
步骤4、测量步骤3中获得的检测区域(11)的干涉图，进而计算得到被测楔形透镜(2)的透射波前；本发明对该步骤中由干涉图计算被测楔形透镜(2)的透射波前的具体计算方法不做限定。
需要说明的是，附图仅以说明为目的，并未依照原始尺寸作图。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (5)
1.一种楔形透镜透射波前的测量装置，其特征在于，沿光路传播方向依次由平面干涉仪(3)、楔角为α的被测楔形透镜(2)、计算全息元件(1)组成，平面干涉仪(3)、被测楔形透镜(2)和计算全息元件(1)被安放在光学平台上；所述计算全息元件(1)与平面干涉仪(3)的透射标准镜之间的夹角为γ，所述被测楔形透镜(2)处于设计位置；被测楔形透镜(2)与计算全息元件(1)之间的距离为d，所述平面干涉仪(3)发出的检测光波以β角入射到被测楔形透镜(2)；所述α、β和γ之间的关系满足sinβ＝nsinα和γ＝β-α，其中，n为被测楔形透镜(2)的折射率；
所述计算全息元件(1)根据被测楔形透镜(2)的参数设计并制作；所述计算全息元件(1)包括检测区域(11)、对准区域(12)和基准区域(13)三个区域，其中，检测区域(11)的计算全息图使用的衍射级次为ma级，用于检测被测楔形透镜的透射波前；对准区域(12)的计算全息图使用的衍射级次为mb级，用于对准计算全息元件(1)和平面干涉仪(3)；基准区域(13)的计算全息图使用的衍射级次为mc级，用于投射标记(4)，辅助调整被测楔形透镜(2)的位置。
2.根据权利要求1所述的楔形透镜透射波前的测量装置，其特征在于，所述的计算全息元件(1)镀反射膜。
3.根据权利要求1所述的楔形透镜透射波前的测量装置，其特征在于，所述的计算全息元件(1)采用位相型计算全息图。
4.一种楔形透镜透射波前的测量方法，所述测量方法是基于权利要求1-3任一所述的楔形透镜透射波前的测量装置实现的，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1、根据被测楔形透镜(2)的参数，设计并制作计算全息元件(1)；
步骤2、将平面干涉仪(3)和计算全息元件(1)安放在光学平台上，调整计算全息元件(1)，使计算全息元件(1)与平面干涉仪(3)的透射标准镜之间的夹角为γ；
步骤3、将楔角为α的被测楔形透镜(2)放入光路，调整被测楔形透镜(2)，使被测楔形透镜(2)处于设计位置；
步骤4、测量由步骤3获得的干涉图，进而得到被测楔形透镜(2)的透射波前；
所述步骤2中使计算全息元件(1)与平面干涉仪(3)的透射标准镜之间的夹角为γ的具体步骤如下：
2.1、粗调计算全息元件(1)的位置和姿态，使对准区域(12)返回的mb级衍射光波在平面干涉仪(3)中形成干涉图；
2.2、根据对准区域(12)的干涉图精调计算全息元件(1)的位置和姿态，直到对准区域(12)的干涉图实现零条纹；
所述步骤3中所述使被测楔形透镜(2)处于设计位置具体为：
被测楔形透镜(2)与计算全息元件(1)之间的距离为d，所述平面干涉仪(3)发出的检测光波以β角入射到被测楔形透镜(2)，其中所述参数α、β和γ满足sinβ＝nsinα和γ＝β-α，其中，n为被测楔形透镜(2)的折射率。
5.根据权利要求4所述的楔形透镜透射波前的测量方法，其特征在于，所述步骤3中所述使被测楔形透镜(2)处于设计位置的具体步骤如下：
3.1、根据基准区域(13)的mc级衍射光波投射的标记(4)，粗调被测楔形透镜(2)的位置和姿态，使检测区域(11)返回的ma级衍射光波在平面干涉仪(3)中形成干涉图；
3.2、根据检测区域(11)的干涉图精调被测楔形透镜(2)的位置和姿态，直到检测区域(11)的干涉图实现零条纹。
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| 离轴非球面的计算全息图高精度检测技术;黎发志;罗霄;赵晶丽;薛栋林;郑立功;张学军;;光学精密工程(第04期);709-716 * |
| 计算机再现全息与辅助球面混合补偿检测凸非球面方法研究;李明;闫力松;薛栋林;赵晶丽;郑立功;张学军;;光学学报(第11期);268-275 * |
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| CN107907307A (zh) | 2018-04-13 |
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