RU2786688C1 - Holographic device for shape control of aspherical optical surfaces - Google Patents

Abstract

FIELD: aspherical optical surfaces.

SUBSTANCE: invention can be used to control the shape of aspherical optical surfaces (AOP). The holographic device contains a laser light source, a light beam expander, a beam splitter, measuring and reference channels, and an image registration and processing channel. The reference channel contains a flat mirror, and the measuring channel contains an axial synthesized hologram optical element (ASHOE) and a lens that forms a monochromatic point light source on the optical axis at a given distance from the top of the controlled AOP. ASHOE is a hologram reflective autocollimation compensator with a central hole. The current radius of the coaxial annular diffractive structure of the ASHOE ρ is calculated taking into account the condition: 2sinϕ(ρ)=λν(ρ), where ϕ(ρ) is the angle between the light beam incident on the ASHOE and the normal to its working surface in the zone with the current radius ρ; λ is the wavelength of a monochromatic point light source; ν(ρ) is the spatial frequency of ASHOE in the zone with current radius ρ.

EFFECT: increasing the sensitivity of the control of the shape of the AOP with the exclusion of the distorting influence of the ASHOE on the form of interference and shadow patterns obtained in the process of control.

6 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к области изготовления оптических элементов и компонентов, преимущественно для телескопических систем различного назначения, а именно, к метрологическому обеспечению процессов формообразования асферических оптических поверхностей (АОП) зеркал телескопов (в том числе составных главных зеркал телескопов типа Кассегрена и Ричи-Кретьена), и может быть использовано на всех стадиях их производства и аттестации.The invention relates to the field of manufacturing optical elements and components, mainly for telescopic systems for various purposes, namely, to metrological support for the processes of shaping aspherical optical surfaces (AOS) of telescope mirrors (including composite main mirrors of Cassegrain and Ritchey-Chretien telescopes), and can be used at all stages of their production and certification.

Известно голографическое устройство для контроля формы АОП, содержащее монохроматический точечный источник света, коллиматор, светоделитель и осевой синтезированный голограммный оптический элемент (ОСГОЭ) с выпуклой сферической рабочей поверхностью [Авторское свидетельство СССР №413373. МПК G01B 11/30. Бюлетень №4 от 30.01.1974 г.].A holographic device for controlling the shape of an AOP is known, containing a monochromatic point light source, a collimator, a beam splitter and an axial synthesized hologram optical element (OSGOE) with a convex spherical working surface [USSR author's certificate No. 413373. IPC G01B 11/30. Bulletin No. 4 dated January 30, 1974].

Это голографическое устройство основано на реализации схемы контроля автоколлимационного типа, в которой ОСГОЭ непосредственно участвует в формировании изображения контролируемой АОП, внося тем самым значительные искажения в интерференционные полосы получаемых интерферограмм.This holographic device is based on the implementation of an autocollimation type control circuit, in which the OSGOE is directly involved in the formation of the image of the controlled AOP, thereby introducing significant distortions into the interference fringes of the resulting interferograms.

Основным недостатком аналога является то, что голограммный компенсатор в проходящем свете функционирует дважды, многократно ослабляя тем самым интенсивность рабочего пучка и внося в интерференционные картины искажения дисторсиоподобного вида.The main disadvantage of the analogue is that the hologram compensator in transmitted light functions twice, thereby repeatedly weakening the intensity of the working beam and introducing distortion-like distortions into the interference patterns.

Прототипом является голографическое устройство для контроля формы крупногабаритных вогнутых АОП, содержащее лазерный источник света, первый светоделитель для разделения световых пучков в измерительный и опорный каналы, второй светоделитель для совмещения световых пучков измерительного и опорного каналов и направления в канал регистрации и обработки изображения, опорный канал содержит расширитель светового пучка, а измерительный канал содержит формирователь монохроматического точечного источника света, ОСГОЭ с рабочей поверхностью, на которую нанесена соосная кольцевая дифракционная структура, и коллимирующий объектив, при этом в измерительном канале введены точечная диафрагма, установленная с возможностью размещения в ее центре вершины контролируемой АОП, и диафрагма с переменным световым диаметром, расположенная в фокальной плоскости коллимирующего объектива, при этом рабочая поверхность ОСГОЭ выполнена в виде кругового конуса, обращенного вершиной в сторону монохроматического точечного источника света, причем ОСГОЭ выполнен в виде отражательной амплитудной голограммы и установлен с возможностью формирования совместно с контролируемой АОП изображения монохроматического точечного источника света в плоскости диафрагмы с переменным световым диаметром [Патент RU №205459 U1. МПК G01B 11/30. Бюллетень №20 от 15.07.2021 г.].The prototype is a holographic device for controlling the shape of large-sized concave AOP, containing a laser light source, the first beam splitter for separating light beams into the measuring and reference channels, the second beam splitter for combining the light beams of the measuring and reference channels and directing them to the channel for recording and processing the image, the reference channel contains a light beam expander, and the measuring channel contains a shaper of a monochromatic point light source, OSGOE with a working surface on which a coaxial annular diffraction structure is deposited, and a collimating lens, while a pinhole is introduced in the measuring channel, installed with the possibility of placing the top of the controlled AOP in its center , and a diaphragm with a variable light diameter located in the focal plane of the collimating lens, while the working surface of the OSGOE is made in the form of a circular cone with its apex facing the monochromatic dotted th light source, and OSGOE is made in the form of a reflective amplitude hologram and is installed with the possibility of forming, together with a controlled AOP, an image of a monochromatic point light source in the plane of the diaphragm with a variable light diameter [Patent RU No. 205459 U1. IPC G01B 11/30. Bulletin No. 20 dated July 15, 2021].

Основным недостатком прототипа является низкая чувствительность контроля формы АОП из-за конструктивных особенностей контрольной схемы, реализующей неавтоколлимационный ход световых лучей в измерительном канале, при котором конгруэнция световых лучей геометрического волнового фронта, отраженных от контролируемой АОП, существенно отличается от конгруэнции дифрагированных световых лучей, сформированных ОСГОЭ.The main disadvantage of the prototype is the low sensitivity of the AOF shape control due to the design features of the control circuit that implements the non-autocollimation path of light rays in the measuring channel, in which the congruence of the light rays of the geometric wavefront reflected from the controlled AOF differs significantly from the congruence of the diffracted light rays formed by the OSGOE .

Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности контроля формы АОП за счет двукратного отражения от контролируемой АОП светового пучка в измерительном канале при исключении искажающего влияния ОСГОЭ на вид получаемых в процессе контроля интерференционных и теневых картин.The technical result of the invention is to increase the sensitivity of the AOF shape control due to the double reflection of the light beam from the controlled AOF in the measuring channel while eliminating the distorting effect of the OSGOE on the form of interference and shadow patterns obtained in the process of control.

Технический результат достигается за счет того, что в голографическом устройстве для контроля формы асферических оптических поверхностей, содержащем лазерный источник света, расширитель светового пучка, светоделитель для разделения световых пучков в измерительный и опорный каналы, а также совмещения световых пучков измерительного и опорного каналов и направления в канал регистрации и обработки изображения, при этом опорный канал содержит плоское зеркало, а измерительный канал содержит осевой синтезированный голограммный оптический элемент (ОСГОЭ) с рабочей поверхностью, на которую нанесена соосная кольцевая дифракционная структура, и объектив, формирующий монохроматический точечный источник света, установленный на оптической оси на заданном расстоянии от вершины контролируемой асферической оптической поверхности, согласно настоящему изобретению, ОСГОЭ представляет собой голограммный отражательный автоколлимационный компенсатор, имеющий центральное отверстие, при этом текущий радиус соосной кольцевой дифракционной структуры ОСГОЭ вычисляется с учетом условия: 2sinϕ(ρ)=λν(ρ), гдеThe technical result is achieved due to the fact that in a holographic device for controlling the shape of aspherical optical surfaces, containing a laser light source, a light beam expander, a beam splitter for separating light beams into the measuring and reference channels, as well as combining the light beams of the measuring and reference channels and directing to a channel for recording and processing an image, wherein the reference channel contains a flat mirror, and the measuring channel contains an axial synthesized hologram optical element (OSGOE) with a working surface on which a coaxial annular diffractive structure is deposited, and an objective that forms a monochromatic point light source mounted on the optical axis at a given distance from the top of the controlled aspherical optical surface, according to the present invention, OSGOE is a hologram reflective autocollimation compensator having a central hole, while the current radius is of an annular diffraction structure, the OSGOE is calculated taking into account the condition: 2sinϕ(ρ)=λν(ρ), where

ρ - текущий радиус соосной кольцевой дифракционной структуры ОСГОЭ;ρ is the current radius of the coaxial annular diffraction structure OSGOE;

ϕ(ρ) - угол между падающим на ОСГОЭ световым лучом и нормалью к ее рабочей поверхности в зоне с текущим радиусом ρ;ϕ(ρ) is the angle between the light beam incident on the OSGOE and the normal to its working surface in the zone with the current radius ρ;

λ - длина волны монохроматического точечного источника света;λ is the wavelength of a monochromatic point light source;

ν(ρ) - пространственная частота ОСГОЭ в зоне с текущим радиусом р.ν(ρ) is the spatial frequency of the OSGOE in the zone with the current radius р.

А также тем, что ОСГОЭ выполнен в виде отражательной амплитудной голограммы.And also by the fact that OSGOE is made in the form of a reflective amplitude hologram.

А также тем, что ОСГОЭ выполнен в виде отражательной рельефно-фазовой голограммы.And also by the fact that OSGOE is made in the form of a reflective relief-phase hologram.

А также тем, что соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ выполнена на усеченной конической рабочей поверхности, обращенной в сторону контролируемой асферической оптической поверхности.And also by the fact that the coaxial annular diffractive structure of the OSGOE is made on a truncated conical working surface facing the controlled aspherical optical surface.

А также тем, что соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ выполнена на плоской рабочей поверхности, обращенной в сторону контролируемой асферической оптической поверхности.And also by the fact that the coaxial annular diffractive structure of the OSGOE is made on a flat working surface facing the controlled aspherical optical surface.

А также тем, что соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ выполнена на сферической рабочей поверхности, обращенной в сторону контролируемой асферической оптической поверхности.And also by the fact that the coaxial annular diffractive structure of the OSGOE is made on a spherical working surface facing the controlled aspherical optical surface.

На фиг. 1 изображена обобщенная принципиальная оптическая схема предложенного голографического устройства, на которой показаны заданная контролируемая АОП в общем виде и ОСГОЭ в общем виде с заданной рабочей поверхностью.In FIG. 1 shows a generalized schematic optical diagram of the proposed holographic device, which shows a given controlled AOP in a general view and OSGOE in a general view with a given working surface.

На фиг. 2а изображен вид сверху на ОСГОЭ в виде отражательной амплитудной голограммы в обобщенном виде с рабочей поверхностью, на которую нанесена соосная кольцевая дифракционная структура.In FIG. 2a shows a top view of the OSGOE in the form of a reflection amplitude hologram in a generalized form with a working surface on which a coaxial annular diffractive structure is deposited.

На фиг. 2б представлено диаметральное сечение ОСГОЭ, изображенного на фиг. 2а.In FIG. 2b shows a diametrical section of the OSGOE shown in FIG. 2a.

На фиг. 3а изображен вид сверху на ОСГОЭ в виде отражательной рельефно-фазовой голограммы в обобщенном виде с рабочей поверхностью, на которую нанесена соосная кольцевая дифракционная структура, при этом условно показаны выступы и впадины в виде белых и черных колец соответственно.In FIG. 3a shows a top view of the OSGOE in the form of a reflection relief-phase hologram in a generalized form with a working surface on which a coaxial annular diffraction structure is deposited, while protrusions and depressions are conditionally shown in the form of white and black rings, respectively.

На фиг. 3б представлено диаметральное сечение ОСГОЭ, изображенного на фиг. 3а.In FIG. 3b shows a diametrical section of the OSGOE shown in FIG. 3a.

На фиг. 4-9 изображены оптические схемы для контроля формы АОП, отличающиеся местом расположения в предложенном голографическом устройстве монохроматического точечного источника света А, местом расположения ОСГОЭ и формой рабочей поверхности ОСГОЭ, на которой выполнена соосная кольцевая дифракционная структура.In FIG. Figures 4-9 show optical schemes for controlling the shape of the AOP, which differ in the location of the monochromatic point light source A in the proposed holographic device, the location of the OSGOE, and the shape of the OSGOE working surface, on which a coaxial annular diffractive structure is made.

На фиг. 4 изображена оптическая схема предложенного голографического устройства для контроля формы вогнутой асферической оптической поверхности составного зеркала телескопа, в которой соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ выполнена на внешней усеченной конической рабочей поверхности.In FIG. 4 shows the optical scheme of the proposed holographic device for controlling the shape of a concave aspherical optical surface of a composite telescope mirror, in which the coaxial annular diffractive structure of the OSGOE is made on an outer truncated conical working surface.

На фиг. 5 изображена оптическая схема предложенного голографического устройства для контроля формы выпуклой асферической оптической поверхности, в которой соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ выполнена на внутренней усеченной конической рабочей поверхности.In FIG. 5 shows the optical scheme of the proposed holographic device for controlling the shape of a convex aspherical optical surface, in which the coaxial annular diffractive structure of the OSGOE is made on an inner truncated conical working surface.

На фиг. 6 изображена оптическая схема предложенного голографического устройства для контроля формы выпуклой асферической оптической поверхности, в которой соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ выполнена на плоской рабочей поверхности.In FIG. 6 shows the optical scheme of the proposed holographic device for controlling the shape of a convex aspherical optical surface, in which the coaxial annular diffractive structure of the OSGOE is made on a flat working surface.

На фиг. 7 изображена оптическая схема предложенного голографического устройства для контроля формы вогнутой асферической оптической поверхности крупногабаритного зеркала телескопа, в которой соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ выполнена на плоской рабочей поверхности.In FIG. 7 shows the optical scheme of the proposed holographic device for controlling the shape of a concave aspherical optical surface of a large-sized telescope mirror, in which the coaxial ring diffractive structure of the OSGOE is made on a flat working surface.

На фиг. 8 изображена оптическая схема предложенного голографического устройства для контроля формы выпуклой асферической оптической поверхности, в которой соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ выполнена на вогнутой сферической рабочей поверхности.In FIG. 8 shows the optical scheme of the proposed holographic device for controlling the shape of a convex aspherical optical surface, in which the coaxial annular diffractive structure of the OSGOE is made on a concave spherical working surface.

На фиг. 9 изображена оптическая схема предложенного голографического устройства для контроля формы вогнутой асферической оптической поверхности крупногабаритного зеркала телескопа, в которой соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ выполнена на выпуклой сферической рабочей поверхности.In FIG. 9 shows the optical scheme of the proposed holographic device for controlling the shape of a concave aspherical optical surface of a large-sized telescope mirror, in which the coaxial annular diffractive structure of the OSGOE is made on a convex spherical working surface.

Голографическое устройство для контроля формы асферических оптических поверхностей (см. фиг. 1) содержит лазерный источник 1 света, расширитель 2 светового пучка, светоделитель 3 для разделения световых пучков в измерительный канал, задающий оптическую ось OO₁ устройства, и в опорный канал, а также совмещения световых пучков измерительного и опорного каналов и направления в канал 12 регистрации и обработки изображения, при этом опорный канал содержит плоское зеркало 11, а измерительный канал содержит ОСГОЭ 6 (показан условно) с рабочей поверхностью, на которую нанесена соосная кольцевая дифракционная структура (см. фиг. 2), и объектив 4, формирующий монохроматический точечный источник света А, установленный на оптической оси OO₁ на заданном расстоянии от вершины контролируемой АОП 5 (показана условно).A holographic device for controlling the shape of aspherical optical surfaces (see Fig. 1) contains a laser light source 1, a light beam expander 2, a beam splitter 3 for separating light beams into the measuring channel, which sets the optical axis OO _{1 of} the device, and into the reference channel, as well as combining the light beams of the measuring and reference channels and directing them to the channel 12 for recording and processing the image, while the reference channel contains a flat mirror 11, and the measuring channel contains OSGOE 6 (shown conditionally) with a working surface on which a coaxial annular diffraction structure is deposited (see Fig. Fig. 2), and the lens 4, which forms a monochromatic point light source A, mounted on the optical axis OO ₁ at a given distance from the top of the controlled AOP 5 (shown conditionally).

Канал 12 регистрации и обработки изображения содержит проекционный объектив 7, расположенный за светоделителем 3, ирисовую диафрагму 8 для осуществления пространственной фильтрации изображения, светочувствительную матрицу 9, электрически связанную с блоком 10 отображения и обработки информации.The channel 12 for recording and processing the image contains a projection lens 7 located behind the beam splitter 3, an iris diaphragm 8 for performing spatial filtering of the image, a photosensitive matrix 9 electrically connected to the block 10 for displaying and processing information.

Отличием предложенного голографического устройства для контроля формы асферических оптических поверхностей является то, что ОСГОЭ 6 представляет собой голограммный отражательный автоколлимационный компенсатор, имеющий центральное отверстие, при этом соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ 6 выполнена из условия восстановления голограммным компенсатором конгруэнции дифрагированных отраженных световых лучей, идентичной конгруэнции световых лучей, отраженных от контролируемой АОП 5 при освещении ее монохроматическим точечным источником света А. Это условие обеспечивается тем, что текущий радиус ρ соосной кольцевой дифракционной структуры ОСГОЭ 6 вычисляется с учетом соотношения: 2sinϕ(ρ)=λν(ρ), гдеThe difference between the proposed holographic device for controlling the shape of aspherical optical surfaces is that OSGOE 6 is a hologram reflective autocollimation compensator having a central hole, while the coaxial annular diffractive structure OSGOE 6 is made from the condition that the hologram compensator restores the congruence of diffracted reflected light rays, which is identical to the congruence of light of rays reflected from the controlled AOP 5 when illuminated by a monochromatic point light source A. This condition is ensured by the fact that the current radius ρ of the coaxial annular diffraction structure OSGOE 6 is calculated taking into account the relationship: 2sinϕ(ρ)=λν(ρ), where

ρ - текущий радиус соосной кольцевой дифракционной структуры ОСГОЭ 6;ρ is the current radius of the coaxial annular diffractive structure OSGOE 6;

ϕ(ρ) - угол между падающим на ОСГОЭ 6 световым лучом и нормалью к ее рабочей поверхности в зоне с текущим радиусом ρ;ϕ(ρ) - the angle between the light beam incident on OSGOE 6 and the normal to its working surface in the area with the current radius ρ;

λ - длина волны монохроматического точечного источника света А;λ is the wavelength of a monochromatic point light source A;

ν(ρ) - пространственная частота ОСГОЭ 6 в зоне с текущим радиусом ρ, при этом ОСГОЭ 6 выполнен в виде отражательной голограммы - амплитудной или рельефно-фазовой, соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ 6 обращена в сторону контролируемой АОП 5 и может быть выполнена или на усеченной конической рабочей поверхности (см. фиг. 4 и фиг. 5), или на плоской рабочей поверхности (см. фиг. 6 и фиг. 7), или на сферической рабочей поверхности (см. фиг. 8 и фиг. 9).ν(ρ) - spatial frequency OSGOE 6 in the zone with the current radius ρ, while OSGOE 6 is made in the form of a reflective hologram - amplitude or relief-phase, coaxial ring diffraction structure OSGOE 6 faces the controlled AOP 5 and can be performed either on truncated conical working surface (see Fig. 4 and Fig. 5), or on a flat working surface (see Fig. 6 and Fig. 7), or on a spherical working surface (see Fig. 8 and Fig. 9).

Центральное отверстие ОСГОЭ 6 может быть выполнено конической или цилиндрической формы.Central hole OSGOE 6 can be made conical or cylindrical.

Материалом подложки ОСГОЭ 6 может быть бесцветное оптическое стекло марки К8, бесцветное оптическое стекло марки ЛК7, оптические кристаллические материалы, например, германий, кремний, сапфир, а также сплавы металлов, применяемые в оптическом производстве, в том числе, сплавы алюминия, меди, бериллия.The OSGOE 6 substrate material can be colorless optical glass of the K8 brand, colorless optical glass of the LK7 brand, optical crystalline materials, for example, germanium, silicon, sapphire, as well as metal alloys used in optical production, including alloys of aluminum, copper, beryllium .

Для обеспечения температурной стабильности целесообразно использовать кварцевое оптической стекло марки КУ-1, ситалл марки С0115М [Справочник технолога-оптика / М.А. Окатов, Э.А. Антонов, А. Байгожин и др.; Под ред. М.А. Окатова. - СПб.: Политехника, 2004. С. 30-32], Zerodur [Hartmann P. SCHOTT - Ultra low expansion glass ceramic ZERODUR®: Improvements in properties, understanding and production (Advanced Optics). - Mainz: SCHOTT AG, 2015. 94 p.].To ensure temperature stability, it is advisable to use quartz optical glass grade KU-1, ceramic glass grade S0115M [Reference technologist-optics / M.A. Okatov, E.A. Antonov, A. Baigozhin and others; Ed. M.A. Okatova. - St. Petersburg: Polytechnic, 2004. S. 30-32], Zerodur [Hartmann P. SCHOTT - Ultra low expansion glass ceramic ZERODUR®: Improvements in properties, understanding and production (Advanced Optics). - Mainz: SCHOTT AG, 2015. 94 p.].

ОСГОЭ 6 выполнен в виде отражательной голограммы - амплитудной или рельефно-фазовой.OSGOE 6 is made in the form of a reflective hologram - amplitude or relief-phase.

ОСГОЭ 6, выполненный в виде отражательной амплитудной голограммы, при контроле формы АОП 5 с большой крутизной позволяет исключить зависимость дифракционной эффективности этого голограммного оптического элемента от угла падения лучей от монохроматического точечного источника света А в различных зонах его светового диаметра, тем самым обеспечить постоянство видности интерференционных полос получаемых интерферограмм в пределах контролируемого светового поля [Кольер Р., Беркхарт К., Лин Л. Оптическая голография. - М.: Мир, 1973. С. 256-258].OSGOE 6, made in the form of a reflective amplitude hologram, when controlling the shape of AOP 5 with a large steepness, makes it possible to exclude the dependence of the diffraction efficiency of this hologram optical element on the angle of incidence of rays from a monochromatic point light source A in different zones of its light diameter, thereby ensuring the constancy of the visibility of interference bands of the received interferograms within the controlled light field [Collier R., Burkhart K., Lin L. Optical holography. - M.: Mir, 1973. S. 256-258].

При использовании ОСГОЭ 6 в виде отражательной рельефно-фазовой голограммы целесообразно изготавливать ее соосную кольцевую дифракционную структуру с высотой h рельефа, равной λ/4, где λ - длина волны монохроматического точечного источника света А (см. фиг. 1), мкм, что обеспечивает получение наибольшего значения дифракционной эффективности ОСГОЭ 6.When using OSGOE 6 in the form of a reflective relief-phase hologram, it is advisable to manufacture its coaxial annular diffractive structure with a relief height h equal to λ/4, where λ is the wavelength of a monochromatic point light source A (see Fig. 1), μm, which provides obtaining the highest value of the diffraction efficiency of OSGOE 6.

Соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ 6, выполненная в виде отражательной амплитудной голограммы, представляет собой систему концентрических чередующихся отражающих 13 и неотражающих 14 колец.Coaxial ring diffractive structure OSGOE 6, made in the form of a reflective amplitude hologram, is a system of concentric alternating reflective 13 and non-reflective 14 rings.

Закон пространственного распределения отражающих 13 и неотражающих 14 колец (частотная характеристика дифракционной структуры ОСГОЭ 6) в общем случае определяется расчетными значениями рабочей длины волны монохроматического точечного источника света А, параметров выбранной схемы контроля, параметров рабочей поверхности контролируемой АОП 5 и параметров подложки ОСГОЭ 6 и рассчитывается по формуле [Белозеров А., Ларионов Н., Лукин А., Мельников А. Осевые синтезированные голограммные оптические элементы: история развития, применения. Часть I // Фотоника. 2014. №4 (46). С. 14]:The law of spatial distribution of reflective 13 and non-reflective 14 rings (frequency response of the diffractive structure OSGOE 6) is generally determined by the calculated values of the operating wavelength of a monochromatic point light source A, the parameters of the selected control scheme, the parameters of the working surface of the controlled AOP 5 and the parameters of the substrate OSGOE 6 and is calculated according to the formula [Belozerov A., Larionov N., Lukin A., Melnikov A. Axial synthesized hologram optical elements: history of development, applications. Part I // Photonics. 2014. No. 4 (46). P. 14]:

Δl_m(ρ) - разность оптического пути между волнами опорного и измерительного каналов голографического устройства на краях m-й френелевской зоны;Δl _m (ρ) - the difference in the optical path between the waves of the reference and measuring channels of the holographic device at the edges of the m-th Fresnel zone;

λ - рабочая длина волны монохроматического точечного источника света А;λ is the operating wavelength of a monochromatic point light source A;

Q - скважность для ОСГОЭ 6, выполненного в виде отражательной амплитудной голограммы, то есть соотношение между периодом повторения, равным сумме ширины отражающего кольца 13 и ширины неотражающего кольца 14, и шириной отражающего кольца 13, равной ширине расчетной френелевской зоны (интерференционной полосы).Q is the duty cycle for OSGOE 6, made in the form of a reflective amplitude hologram, that is, the ratio between the repetition period equal to the sum of the width of the reflective ring 13 and the width of the non-reflective ring 14, and the width of the reflective ring 13, equal to the width of the calculated Fresnel zone (interference fringe).

При расчете ОСГОЭ 6 находят координаты краев

каждой m-й френелевской зоны (интерференционной полосы).When calculating OSGOE 6, the coordinates of the edges are found

each m-th Fresnel zone (interference fringe).

Причем текущий радиус ρ соосной кольцевой дифракционной структуры ОСГОЭ 6 вычисляется с учетом условия:Moreover, the current radius ρ of the coaxial ring diffraction structure OSGOE 6 is calculated taking into account the condition:

где ρ - текущий радиус соосной кольцевой дифракционной структуры ОСГОЭ 6;where ρ is the current radius of the coaxial annular diffractive structure OSGOE 6;

ϕ(ρ) - угол между падающим на ОСГОЭ 6 световым лучом и нормалью к ее рабочей поверхности в зоне с текущим радиусом ρ;ϕ(ρ) - the angle between the light beam incident on OSGOE 6 and the normal to its working surface in the area with the current radius ρ;

λ - длина волны монохроматического точечного источника света А;λ is the wavelength of a monochromatic point light source A;

ν(ρ) - пространственная частота ОСГОЭ 6 в зоне с текущим радиусом ρ.ν(ρ) - spatial frequency OSGOE 6 in the area with the current radius ρ.

Отражающие кольца 13 представляют собой металлические участки, обладающие свойством отражения для рабочего спектрального диапазона.The reflective rings 13 are metallic areas with a reflective property for the working spectral range.

Например, это может быть алюминиевое покрытие вакуумного напыления для ультрафиолетового, видимого и ближнего инфракрасного спектральных диапазонов, золотое - для среднего и дальнего инфракрасных диапазонов.For example, it can be a vacuum-sprayed aluminum coating for ultraviolet, visible and near infrared spectral ranges, gold for mid and far infrared ranges.

Неотражающие кольца 14 представляют собой участки с коэффициентом контраста между отражающими и неотражающими кольцами не менее 0,8, в целях получения интерференционной картины с удовлетворительной видностью интерференционных полос при контроле формы АОП 5 монолитных и составных асферических зеркал и линз.Non-reflective rings 14 are sections with a contrast ratio between reflective and non-reflective rings of at least 0.8, in order to obtain an interference pattern with satisfactory visibility of interference fringes when controlling the shape of the AOP 5 of monolithic and composite aspherical mirrors and lenses.

Неотражающие кольца 14 могут обладать свойствами поглощения, пропускания или рассеяния [Патент RU №205459 U1. МПК G01B 11/30. Бюллетень №20 от 15.07.2021 г.].Non-reflective rings 14 may have absorption, transmission or scattering properties [Patent RU No. 205459 U1. IPC G01B 11/30. Bulletin No. 20 dated July 15, 2021].

Соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ 6, выполненная в виде отражательной рельефно-фазовой голограммы, представляет собой систему концентрических чередующихся колец в виде выступов и впадин.The coaxial annular diffraction structure OSGOE 6, made in the form of a reflective relief-phase hologram, is a system of concentric alternating rings in the form of protrusions and depressions.

Закон пространственного распределения колец в виде выступов и впадин (частотная характеристика дифракционной структуры ОСГОЭ 6) в общем случае определяется уравнением (1) с учетом выполнения условия (2), причем здесь параметр Q - скважность для ОСГОЭ 6, выполненного в виде отражательной рельефно-фазовой голограммы, то есть соотношение между периодом повторения дифракционной структуры и шириной выступа на уровне 0,5 высоты h рельефа.The law of the spatial distribution of rings in the form of protrusions and cavities (the frequency response of the diffraction structure of OSGOE 6) is generally determined by equation (1), taking into account the fulfillment of condition (2), and here the parameter Q is the duty cycle for OSGOE 6, made in the form of a reflective relief-phase holograms, that is, the ratio between the repetition period of the diffractive structure and the width of the protrusion at a level of 0.5 of the height h of the relief.

Изготовление соосной кольцевой дифракционной структуры ОСГОЭ 6 возможно при помощи современных прецизионных токарных станков с числовым программным управлением методом «резца», либо лазерных установок методом «прямой записи» с дальнейшей химической или ионно-плазменной обработкой формируемой структуры.The manufacture of a coaxial ring diffraction structure OSGOE 6 is possible using modern precision lathes with numerical control by the "cutter" method, or laser systems by the "direct recording" method with further chemical or ion-plasma processing of the formed structure.

Голографическое устройство работает следующим образом.The holographic device works as follows.

Вышедший из одночастотного лазерного источника 1 света пучок направляется через расширитель 2 светового пучка к светоделителю 3.The beam emerging from the single-frequency laser light source 1 is directed through the light beam expander 2 to the beam splitter 3.

Светоделителем 3 он делится на два пучка - опорный и измерительный.Beam splitter 3 divides it into two beams - reference and measuring.

Опорный пучок направляется к плоскости регистрации - плоскости светочувствительной матрицы 9 с помощью плоского зеркала 11, проекционного объектива 7 и ирисовой диафрагмы 8.The reference beam is directed to the registration plane - the plane of the photosensitive matrix 9 with the help of a flat mirror 11, a projection lens 7 and an iris diaphragm 8.

Измерительный пучок в виде параллельного пучка лучей поступает на объектив 4, который формирует в своей задней фокальной плоскости монохроматический точечный источник света А. Точечный источник света А, в свою очередь, формирует расходящийся сферический волновой фронт с центром кривизны, совмещенным с точечным источником света А.The measuring beam in the form of a parallel beam of rays enters the lens 4, which forms a monochromatic point light source A in its rear focal plane. The point light source A, in turn, forms a divergent spherical wave front with a center of curvature aligned with the point light source A.

Далее измерительный пучок падает на контролируемую АОП 5 и, отразившись от нее, поступает на ОСГОЭ 6.Next, the measuring beam falls on the controlled AOP 5 and, reflected from it, enters the OSGOE 6.

ОСГОЭ 6, выполняющий функцию отражательного автоколлимационного оптического компенсатора, рассчитан так, что совместно с идеально сформированной контролируемой АОП 5 образует безаберрационную оптическую систему, эквивалентную вогнутому сферическую зеркалу с центром кривизны в точке А. При этом отражательный ОСГОЭ 6 осуществляет обращение геометрического волнового фронта, тем самым компенсируя сферическую аберрацию конгруэнции световых лучей геометрического волнового фронта, отраженных от контролируемой АОП 5, при получении конгруэнции дифрагированных световых лучей.OSGOE 6, which performs the function of a reflective autocollimation optical compensator, is designed so that, together with a perfectly formed controlled AOP 5, it forms an aberration-free optical system equivalent to a concave spherical mirror with a center of curvature at point A. At the same time, reflective OSGOE 6 reverses the geometric wave front, thereby compensating for the spherical aberration of the congruence of light rays of the geometric wavefront reflected from the controlled AOP 5, when obtaining a congruence of diffracted light rays.

Компенсация сферической аберрации световых лучей, отраженных от контролируемой АОП 5, происходит за счет использования соосной кольцевой дифракционной структуры ОСГОЭ 6 с соответствующим расчетным законом пространственного распределения отражающих 13 и неотражающих 14 колец (см. фиг. 2) либо законом пространственного распределения выступов и впадин (см. фиг. 3). При этом обеспечивается получение конгруэнции дифрагированных световых лучей.Compensation for the spherical aberration of light rays reflected from the controlled AOP 5 occurs through the use of a coaxial annular diffractive structure OSGOE 6 with the corresponding calculated law of the spatial distribution of reflective 13 and non-reflective 14 rings (see Fig. 2) or the law of the spatial distribution of protrusions and depressions (see Fig. 3). This ensures that a congruence of diffracted light rays is obtained.

После отражения от контролируемой АОП 5 измерительный пучок, несущий полную информацию о дефектах контролируемой АОП 5 (и в общем случае уже не гомоцентрический), проходит через центральное отверстие ОСГОЭ 6 и объектив 4 в обратном ходе.After reflection from the controlled AOF 5, the measuring beam, which carries complete information about the defects of the controlled AOF 5 (and in the general case is no longer homocentric), passes through the central aperture of the OSGOE 6 and objective 4 in the reverse direction.

Таким образом, в измерительном канале световой пучок претерпевает двукратное отражение от контролируемой АОП 5, что обеспечивает удвоение чувствительности контроля формы АОП 5.Thus, in the measuring channel, the light beam undergoes a double reflection from the controlled AOF 5, which doubles the sensitivity of the control of the AOF 5 shape.

Далее измерительный пучок с помощью светоделителя 3, проекционного объектива 7 и ирисовой диафрагмы 8 направляется в плоскость регистрации - плоскость светочувствительной матрицы 9, которая оптически сопряжена с контролируемой АОП 5. С помощью объектива 4, светоделителя 3 и проекционного объектива 7 на плоскости светочувствительной матрицы 9 формируется сопряженное изображение контролируемой АОП 5, при этом измерительный пучок, интерферируя с опорным пучком, образует на плоскости светочувствительной матрицы 9 интерференционную картину, характеризующую отступления контролируемой АОП 5 от заданной формы. Полученная интерференционная картина регистрируется и расшифровывается при помощи блока 10 с применением соответствующих специализированных программных средств.Next, the measuring beam with the help of a beam splitter 3, a projection lens 7 and an iris diaphragm 8 is directed to the registration plane - the plane of the photosensitive matrix 9, which is optically coupled with the controlled AOP 5. Using the lens 4, beam splitter 3 and projection lens 7 on the plane of the photosensitive matrix 9 is formed the conjugate image of the controlled AOF 5, while the measuring beam, interfering with the reference beam, forms an interference pattern on the plane of the photosensitive matrix 9, which characterizes the deviation of the controlled AOF 5 from a given shape. The resulting interference pattern is recorded and decoded by block 10 using appropriate specialized software.

Примеры конкретного использования и выполнения предложенного голографического устройства.Examples of specific use and implementation of the proposed holographic device.

Рассмотрим подробнее реализацию голографического устройства для контроля формы АОП 5, построенного по схеме, приведенной на фиг. 4.Let us consider in more detail the implementation of a holographic device for controlling the shape of AOP 5, built according to the scheme shown in Fig. 4.

Расчетные значения параметров вогнутой АОП 5 контролируемого зеркала:The calculated values of the parameters of the concave AOP 5 of the controlled mirror:

- уравнение поверхности у²=6000х;- surface equation y ² \u003d 6000x;

- световой диаметр 2000 мм;- light diameter 2000 mm;

- диаметр центрального цилиндрического отверстия контролируемой оптической детали 100 мм.- the diameter of the central cylindrical hole of the controlled optical part is 100 mm.

Длина волны монохроматического точечного источника света А λ=0,532 мкм.The wavelength of a monochromatic point light source A λ=0.532 μm.

В результате расчета получены следующие значения:As a result of the calculation, the following values were obtained:

- параметры ОСГОЭ 6 с подложкой, имеющей внешнюю усеченную коническую рабочую поверхность:- OSGOE 6 parameters with a substrate having an external truncated conical working surface:

• световой диаметр основания 201 мм;• base light diameter 201 mm;

• диаметр центрального цилиндрического отверстия 10 мм;• diameter of the central cylindrical hole 10 mm;

• высота кругового конуса 31,7 мм;• height of the circular cone 31.7 mm;

• угол при вершине кругового конуса 145°;• angle at the top of the circular cone 145°;

• тип ОСГОЭ 6 - отражательная амплитудная голограмма;• OSGOE type 6 - reflective amplitude hologram;

• наибольшая пространственная частота дифракционной структуры 1070 мм^-1 (частотная характеристика ОСГОЭ 6 носит нелинейный характер и уменьшается от вершины к основанию конической рабочей поверхности);• the highest spatial frequency of the diffractive structure is 1070 mm ^-1 (the frequency response of OSGOE 6 is non-linear and decreases from the top to the base of the conical working surface);

• отражающие кольца 13 представляют собой участки ОСГОЭ 6 реализованные в виде кольцевых зон с алюминиевым отражающим покрытием толщиной 135 нм;• reflective rings 13 are sections of OSGOE 6 implemented in the form of annular zones with an aluminum reflective coating 135 nm thick;

• неотражающие кольца 14, представляющие собой участки, обладающие свойством рассеяния с коэффициентом контраста между отражающими и неотражающими кольцами, равным 0,8, изготовлены путем локального нарушения алюминиевого отражающего покрытия;• non-reflective rings 14, which are areas with a scattering property with a contrast ratio between reflective and non-reflective rings equal to 0.8, are made by locally breaking the aluminum reflective coating;

• скважность Q=2 (ширина отражающего кольца 13 равна ширине неотражающего кольца 14);• duty cycle Q=2 (the width of the reflective ring 13 is equal to the width of the non-reflective ring 14);

• материал подложки - кварцевое оптической стекло марки КУ-1;• substrate material - quartz optical glass grade KU-1;

• расстояние вдоль оптической оси OO₁ от монохроматического точечного источника света А до вершины вогнутой АОП 5 контролируемого зеркала равно 3000 мм.• the distance along the optical axis OO ₁ from the monochromatic point light source A to the top of the concave AOP 5 of the monitored mirror is 3000 mm.

Рассмотрим подробнее реализацию голографического устройства для контроля формы АОП 5, построенного по схеме, приведенной на фиг. 5.Let us consider in more detail the implementation of a holographic device for controlling the shape of AOP 5, built according to the scheme shown in Fig. five.

Расчетные значения параметров выпуклой АОП 5 контролируемого зеркала:The calculated values of the parameters of the convex AOP 5 of the controlled mirror:

- уравнение поверхности у²=1000x;- surface equation y ² =1000x;

- световой диаметр 40 мм;- light diameter 40 mm;

Длина волны монохроматического точечного источника света А λ=0,532 мкм.The wavelength of a monochromatic point light source A λ=0.532 μm.

В результате расчета получены следующие значения:As a result of the calculation, the following values were obtained:

- параметры ОСГОЭ 6 с подложкой, имеющей внутреннюю усеченную коническую рабочую поверхность:- OSGOE 6 parameters with a substrate having an internal truncated conical working surface:

• световой диаметр основания 241 мм;• base light diameter 241 mm;

• диаметр центрального конического отверстия при его вершине 1 мм;• diameter of the central conical hole at its apex 1 mm;

• высота кругового конуса 12 мм;• height of a circular cone 12 mm;

• угол при вершине кругового конуса 168,5°;• angle at the top of the circular cone 168.5°;

• тип ОСГОЭ 6 - отражательная амплитудная голограмма;• OSGOE type 6 - reflective amplitude hologram;

• наибольшая пространственная частота дифракционной структуры 373,3 мм^-1 (частотная характеристика ОСГОЭ 6 носит линейный характер и уменьшается от вершины к основанию конической рабочей поверхности);• the highest spatial frequency of the diffractive structure is 373.3 mm ^-1 (the frequency response of OSGOE 6 is linear and decreases from the top to the base of the conical working surface);

• отражающие кольца 13 представляют собой участки ОСГОЭ 6 реализованные в виде кольцевых зон с алюминиевым отражающим покрытием толщиной 135 нм;• reflective rings 13 are sections of OSGOE 6 implemented in the form of annular zones with an aluminum reflective coating 135 nm thick;

• неотражающие кольца 14, представляющие собой участки, обладающие свойством рассеяния с коэффициентом контраста между отражающими и неотражающими кольцами, равным 0,8, изготовлены путем локального нарушения алюминиевого отражающего покрытия;• non-reflective rings 14, which are areas with a scattering property with a contrast ratio between reflective and non-reflective rings equal to 0.8, are made by locally breaking the aluminum reflective coating;

• скважность Q=2 (ширина отражающего кольца 13 равна ширине неотражающего кольца 14);• duty cycle Q=2 (the width of the reflective ring 13 is equal to the width of the non-reflective ring 14);

• материал подложки - бесцветное оптической стекло марки К8;• substrate material - colorless optical glass grade K8;

• расстояние вдоль оптической оси ОО₁ от монохроматического точечного источника света А до вершины вогнутой АОП 5 контролируемого зеркала равно 1000 мм.• the distance along the optical axis OO ₁ from the monochromatic point light source A to the top of the concave AOP 5 of the monitored mirror is 1000 mm.

Рассмотрим подробнее реализацию голографического устройства для контроля формы АОП 5, построенного по схеме, приведенной на фиг. 6.Let us consider in more detail the implementation of a holographic device for controlling the shape of AOP 5, built according to the scheme shown in Fig. 6.

Расчетные значения параметров выпуклой АОП 5 контролируемой линзы:The calculated values of the parameters of the convex AOP 5 controlled lens:

- уравнение поверхности у²=1000х;- surface equation y ² =1000x;

- световой диаметр 40 мм;- light diameter 40 mm;

Длина волны монохроматического точечного источника света А λ=0,532 мкм.The wavelength of a monochromatic point light source A λ=0.532 μm.

В результате расчета получены следующие значения:As a result of the calculation, the following values were obtained:

- параметры ОСГОЭ 6 с подложкой, имеющей плоскую рабочую поверхность:- OSGOE 6 parameters with a substrate having a flat working surface:

• световой диаметр 241 мм;• light diameter 241 mm;

• диаметр центрального конического отверстия при его вершине 1 мм;• diameter of the central conical hole at its apex 1 mm;

• толщина по оптической оси 25 мм;• thickness along the optical axis 25 mm;

• тип ОСГОЭ 6 - отражательная амплитудная голограмма;• OSGOE type 6 - reflective amplitude hologram;

• наибольшая пространственная частота дифракционной структуры 375,1 мм^-1 (частотная характеристика ОСГОЭ 6 носит линейный характер и возрастает от центра к краю рабочей поверхности подложки);• the highest spatial frequency of the diffractive structure is 375.1 mm ^-1 (the frequency response of OSGOE 6 is linear and increases from the center to the edge of the working surface of the substrate);

• отражающие кольца 13 представляют собой участки ОСГОЭ 6 реализованные в виде кольцевых зон с алюминиевым отражающим покрытием толщиной 135 нм;• reflective rings 13 are sections of OSGOE 6 implemented in the form of annular zones with an aluminum reflective coating 135 nm thick;

• неотражающие кольца 14, представляющие собой участки, обладающие свойством рассеяния с коэффициентом контраста между отражающими и неотражающими кольцами, равным 0,8, изготовлены путем локального нарушения алюминиевого отражающего покрытия;• non-reflective rings 14, which are areas with a scattering property with a contrast ratio between reflective and non-reflective rings equal to 0.8, are made by locally breaking the aluminum reflective coating;

• скважность Q=2 (ширина отражающего кольца 13 равна ширине неотражающего кольца 14);• duty cycle Q=2 (the width of the reflective ring 13 is equal to the width of the non-reflective ring 14);

• материал подложки - бесцветное оптической стекло марки К8;• substrate material - colorless optical glass grade K8;

• расстояние вдоль оптической оси OO₁ от монохроматического точечного источника света А до вершины вогнутой АОП 5 контролируемого зеркала равно 1000 мм.• the distance along the optical axis OO ₁ from the monochromatic point light source A to the top of the concave AOP 5 of the monitored mirror is 1000 mm.

Рассмотрим подробнее реализацию голографического устройства для контроля формы АОП 5, построенного по схеме, приведенной на фиг. 7.Let us consider in more detail the implementation of a holographic device for controlling the shape of AOP 5, built according to the scheme shown in Fig. 7.

Расчетные значения параметров вогнутой АОП 5 контролируемого зеркала:The calculated values of the parameters of the concave AOP 5 of the controlled mirror:

- уравнение поверхности у²=6000х;- surface equation y ² \u003d 6000x;

- световой диаметр 2000 мм;- light diameter 2000 mm;

- диаметр центрального цилиндрического отверстия контролируемой оптической детали 100 мм.- the diameter of the central cylindrical hole of the controlled optical part is 100 mm.

Длина волны монохроматического точечного источника света А λ=10,6 мкм.The wavelength of a monochromatic point light source And λ=10.6 μm.

В результате расчета получены следующие значения:As a result of the calculation, the following values were obtained:

- параметры ОСГОЭ 6 с подложкой, имеющей плоскую рабочую поверхность:- OSGOE 6 parameters with a substrate having a flat working surface:

• световой диаметр 221 мм;• light diameter 221 mm;

• диаметр центрального конического отверстия при его вершине 5 мм;• the diameter of the central conical hole at its top is 5 mm;

• толщина по оптической оси 25 мм;• thickness along the optical axis 25 mm;

• тип ОСГОЭ 6 - отражательная рельефно-фазовая голограмма;• type OSGOE 6 - reflective relief-phase hologram;

• наибольшая пространственная частота дифракционной структуры 56,5 мм^-1 (частотная характеристика ОСГОЭ 6 носит нелинейный характер и возрастает от центра к краю рабочей поверхности подложки);• the highest spatial frequency of the diffractive structure is 56.5 mm ^-1 (the frequency response of OSGOE 6 is non-linear and increases from the center to the edge of the working surface of the substrate);

• рельеф дифракционной структуры имеет высоту h, равную 2,6 мкм, на соосную кольцевую дифракционную структуру нанесено золотое отражающее покрытие толщиной 600 нм;• the relief of the diffractive structure has a height h equal to 2.6 µm, a gold reflective coating 600 nm thick is deposited on the coaxial annular diffractive structure;

• скважность соосной кольцевой дифракционной структуры Q=2;• duty cycle of coaxial ring diffraction structure Q=2;

• материал подложки - алюминиевый сплав Д16;• substrate material - aluminum alloy D16;

• расстояние вдоль оптической оси OO₁ от монохроматического точечного источника света А до вершины вогнутой АОП 5 контролируемого зеркала равно 3000 мм.• the distance along the optical axis OO ₁ from the monochromatic point light source A to the top of the concave AOP 5 of the monitored mirror is 3000 mm.

Рассмотрим подробнее реализацию голографического устройства для контроля формы АОП 5, построенного по схеме, приведенной на фиг. 8.Let us consider in more detail the implementation of a holographic device for controlling the shape of AOP 5, built according to the scheme shown in Fig. eight.

Расчетные значения параметров выпуклой АОП 5 контролируемой линзы:The calculated values of the parameters of the convex AOP 5 controlled lens:

- уравнение поверхности у²=400х;- surface equation y ² =400x;

- световой диаметр 100 мм;- light diameter 100 mm;

Длина волны монохроматического точечного источника света А λ=0,532 мкм.The wavelength of a monochromatic point light source A λ=0.532 μm.

В результате расчета получены следующие значения:As a result of the calculation, the following values were obtained:

- параметры ОСГОЭ 6 с подложкой, имеющей вогнутую сферическую рабочую поверхность:- OSGOE 6 parameters with a substrate having a concave spherical working surface:

• световой диаметр 257 мм; радиус кривизны 168,7 мм;• light diameter 257 mm; radius of curvature 168.7 mm;

• толщина по оптической оси 5 мм;• thickness along the optical axis 5 mm;

• диаметр центрального конического отверстия при его вершине 1 мм;• diameter of the central conical hole at its apex 1 mm;

• тип ОСГОЭ 6 - отражательная амплитудная голограмма;• OSGOE type 6 - reflective amplitude hologram;

• наибольшая пространственная частота дифракционной структуры 50,9 мм^-1 (частотная характеристика ОСГОЭ 6 носит куполообразный характер с максимумом на 2/3 от светового диаметра ОСГОЭ 6);• the highest spatial frequency of the diffractive structure is 50.9 mm ^-1 (the frequency response of OSGOE 6 is dome-shaped with a maximum of 2/3 of the light diameter of OSGOE 6);

• отражающие кольца 13 представляют собой участки ОСГОЭ 6 реализованные в виде кольцевых зон с алюминиевым отражающим покрытием толщиной 135 нм;• reflective rings 13 are sections of OSGOE 6 implemented in the form of annular zones with an aluminum reflective coating 135 nm thick;

• неотражающие кольца 14, представляющие собой участки, обладающие свойством рассеяния с коэффициентом контраста между отражающими и неотражающими кольцами, равным 0,8, изготовлены путем локального нарушения алюминиевого отражающего покрытия;• non-reflective rings 14, which are areas with a scattering property with a contrast ratio between reflective and non-reflective rings equal to 0.8, are made by locally breaking the aluminum reflective coating;

• скважность Q=2 (ширина отражающего кольца 13 равна ширине неотражающего кольца 14);• duty cycle Q=2 (the width of the reflective ring 13 is equal to the width of the non-reflective ring 14);

• материал подложки - кварцевое оптической стекло марки КУ-1;• substrate material - quartz optical glass grade KU-1;

• расстояние вдоль оптической оси OO₁ от монохроматического точечного источника света А до вершины вогнутой АОП 5 контролируемого зеркала равно 120 мм.• the distance along the optical axis OO ₁ from the monochromatic point light source A to the top of the concave AOP 5 of the monitored mirror is 120 mm.

Рассмотрим подробнее реализацию голографического устройства для контроля формы АОП 5, построенного по схеме, приведенной на фиг. 9.Let us consider in more detail the implementation of a holographic device for controlling the shape of AOP 5, built according to the scheme shown in Fig. nine.

Расчетные значения параметров вогнутой АОП 5 контролируемого зеркала:The calculated values of the parameters of the concave AOP 5 of the controlled mirror:

- уравнение поверхности у²=6000x;- surface equation y ² =6000x;

- световой диаметр 2000 мм;- light diameter 2000 mm;

Длина волны монохроматического точечного источника света А λ=10,6 мкм.The wavelength of a monochromatic point light source And λ=10.6 μm.

В результате расчета получены следующие значения:As a result of the calculation, the following values were obtained:

- параметры ОСГОЭ 6 с подложкой, имеющей выпуклую сферическую рабочую поверхность:- OSGOE 6 parameters with a substrate having a convex spherical working surface:

• световой диаметр 211 мм; радиус кривизны 3000 мм;• light diameter 211 mm; radius of curvature 3000 mm;

• толщина по оптической оси 25 мм;• thickness along the optical axis 25 mm;

• диаметр центрального конического отверстия при его вершине 5 мм;• the diameter of the central conical hole at its top is 5 mm;

• тип ОСГОЭ 6 - отражательная амплитудная голограмма;• OSGOE type 6 - reflective amplitude hologram;

• наибольшая пространственная частота дифракционной структуры 23,7 мм^-1 (частотная характеристика ОСГОЭ 6 носит куполообразный характер с максимумом на 1/3 от светового диаметра ОСГОЭ 6);• the highest spatial frequency of the diffraction structure is 23.7 mm ^-1 (the frequency response of OSGOE 6 is dome-shaped with a maximum of 1/3 of the light diameter of OSGOE 6);

• отражающие кольца 13 представляют собой участки ОСГОЭ 6 реализованные в виде кольцевых зон с золотым отражающим покрытием толщиной 600 нм;• reflective rings 13 are sections of OSGOE 6 implemented in the form of annular zones with a gold reflective coating 600 nm thick;

• неотражающие кольца 14, представляющие собой участки, обладающие свойством рассеяния с коэффициентом контраста между отражающими и неотражающими кольцами, равным 0,8, изготовлены путем локального нарушения золотого отражающего покрытия;• non-reflective rings 14, which are areas with a scattering property with a contrast ratio between reflective and non-reflective rings equal to 0.8, are made by locally breaking the gold reflective coating;

• скважность Q=2 (ширина отражающего кольца 13 равна ширине неотражающего кольца 14);• duty cycle Q=2 (the width of the reflective ring 13 is equal to the width of the non-reflective ring 14);

• материал подложки - ситалл марки CO115M;• substrate material - glass-ceramic grade CO115M;

• расстояние вдоль оптической оси OO₁ от монохроматического точечного источника света А до вершины вогнутой АОП 5 контролируемого зеркала равно 3000 мм.• the distance along the optical axis OO ₁ from the monochromatic point light source A to the top of the concave AOP 5 of the monitored mirror is 3000 mm.

Таким образом, выполнение голографического устройства в соответствии с предложенным техническим решением, позволяет повысить в два раза чувствительность контроля формы АОП за счет двукратного отражения от контролируемой АОП светового пучка в измерительном канале и при этом исключить искажающее влияние ОСГОЭ на вид получаемых в процессе контроля интерференционных и теневых картин за счет реализации обращения геометрического волнового фронта в измерительном канале, осуществляемого ОСГОЭ-компенсатором, причем ОСГОЭ используется в отраженном свете однократно и непосредственно не принимает участия в формировании изображения контролируемой поверхности в плоскости регистрации интерференционных и теневых картин.Thus, the implementation of the holographic device in accordance with the proposed technical solution makes it possible to double the sensitivity of the control of the shape of the AOF due to the double reflection of the light beam from the controlled AOF in the measuring channel and, at the same time, to exclude the distorting effect of the OSGOE on the type of interference and shadow patterns obtained in the process of control. patterns due to the implementation of the reversal of the geometric wavefront in the measuring channel, carried out by the OSGOE-compensator, and the OSGOE is used in reflected light once and does not directly participate in the formation of the image of the controlled surface in the plane of registration of interference and shadow patterns.

Claims (10)

1. Голографическое устройство для контроля формы асферических оптических поверхностей, содержащее лазерный источник света, расширитель светового пучка, светоделитель для разделения световых пучков в измерительный и опорный каналы, а также совмещения световых пучков измерительного и опорного каналов и направления в канал регистрации и обработки изображения, при этом опорный канал содержит плоское зеркало, а измерительный канал содержит осевой синтезированный голограммный оптический элемент (ОСГОЭ) с рабочей поверхностью, на которую нанесена соосная кольцевая дифракционная структура, и объектив, формирующий монохроматический точечный источник света, установленный на оптической оси на заданном расстоянии от вершины контролируемой асферической оптической поверхности, отличающееся тем, что ОСГОЭ представляет собой голограммный отражательный автоколлимационный компенсатор, имеющий центральное отверстие, при этом текущий радиус соосной кольцевой дифракционной структуры ОСГОЭ вычисляется с учетом условия: 2sinϕ(ρ)=λν(ρ), где1. A holographic device for controlling the shape of aspherical optical surfaces, containing a laser light source, a light beam expander, a beam splitter for separating light beams into the measuring and reference channels, as well as combining the light beams of the measuring and reference channels and directing them to the channel for recording and image processing, when In this case, the reference channel contains a flat mirror, and the measuring channel contains an axial synthesized hologram optical element (OSGOE) with a working surface on which a coaxial annular diffraction structure is applied, and an objective that forms a monochromatic point light source mounted on the optical axis at a given distance from the top of the controlled aspherical optical surface, characterized in that the OSGOE is a hologram reflective autocollimation compensator having a central hole, while the current radius of the coaxial ring diffraction structure OSGOE is calculated taking into account volume of the condition: 2sinϕ(ρ)=λν(ρ), where ρ - текущий радиус соосной кольцевой дифракционной структуры ОСГОЭ;ρ is the current radius of the coaxial annular diffraction structure OSGOE; ϕ(ρ) - угол между падающим на ОСГОЭ световым лучом и нормалью к ее рабочей поверхности в зоне с текущим радиусом ρ;ϕ(ρ) is the angle between the light beam incident on the OSGOE and the normal to its working surface in the zone with the current radius ρ; λ - длина волны монохроматического точечного источника света;λ is the wavelength of a monochromatic point light source; ν(ρ) - пространственная частота ОСГОЭ в зоне с текущим радиусом ρ.ν(ρ) is the spatial frequency of the OSGOE in the zone with the current radius ρ. 2. Голографическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что ОСГОЭ выполнен в виде отражательной амплитудной голограммы.2. Holographic device according to claim. 1, characterized in that OSGOE is made in the form of a reflective amplitude hologram. 3. Голографическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что ОСГОЭ выполнен в виде отражательной рельефно-фазовой голограммы.3. Holographic device according to claim. 1, characterized in that OSGOE is made in the form of a reflective relief-phase hologram. 4. Голографическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ выполнена на усеченной конической рабочей поверхности, обращенной в сторону контролируемой асферической оптической поверхности.4. The holographic device according to claim 1, characterized in that the coaxial annular diffractive structure of the OSGOE is made on a truncated conical working surface facing the controlled aspherical optical surface. 5. Голографическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ выполнена на плоской рабочей поверхности, обращенной в сторону контролируемой асферической оптической поверхности.5. The holographic device according to claim 1, characterized in that the coaxial annular diffractive structure of the OSGOE is made on a flat working surface facing the controlled aspherical optical surface. 6. Голографическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ выполнена на сферической рабочей поверхности, обращенной в сторону контролируемой асферической оптической поверхности.6. The holographic device according to claim 1, characterized in that the coaxial annular diffractive structure of the OSGOE is made on a spherical working surface facing the controlled aspherical optical surface.

Images