点衍射干涉仪出射波前仿真分析研究(4)
图 4.1 物在透镜前方的变换光路 33
图 4.2 点衍射干涉仪的傅里叶分析 34
图 4.3 1um小孔含5λ不同像差的干涉图 36
图 4.4 含部分轴向离焦5λ彗差的干涉图 36
图 5.1 Mirau白光干涉仪原理图 37
图 5.2小孔检测实验装置图 38
图 5.3 直径6.3um小孔检测结果 39
图 5.4 直径10um针孔检测结果 39
图 5.5 小孔衍射波前测量实验装置图 41
图 5.6 实验中所用10um针孔图 41
图 5.7 出瞳波前测量实验装置图 41
图 5.8 直径10um小孔衍射波前与标准球面波误差波面 42
图 5.9 直径17.6um椭圆度8.3%小孔衍射波前与标准球面波误差波面 42
图 5.10 实际衍射波前与理想球面波误差波面 43
图 5.11 干涉测量实验装置图 44
图 5.12 点衍射板及其参数 44
图 5.13 不同小孔所测干涉图 45
图 5.14 不同直径小孔恢复波面 46
图 5.15 出瞳波面 46
表 3.1 金属薄膜材料的光学常数、反射率、透过率 31
表 5.1点衍射板小孔直径检测结果 39
表 5.2 不同小孔直径的PV与RMS值 45
1 绪论
1.1 研究背景及研究意义
在光学测量领域，光学干涉测量技术作为一种高精度、高灵敏度、非接触性的光学测试技术，已经广泛应用在了表面形状及三文测量、激光瞬态波前检测、应变及位移测量、速度及加速度测量等领域，并且由于其较高的灵敏度，通常被用在精度要求达到亚微米、纳米的应用领域中。在上述干涉技术中，瞬态激光波前检测在激光核聚变、天文观测、现代医学技术中发挥了巨大的作用，如何测量瞬态波前以及提高波前测量精度一直是学术界的热点问题。
现代干涉技术是基于光电探测、图像处理、计算机技术而发展起来的，基于干涉测量原理,发展了很多种干涉仪，常见的双光束干涉仪主要有 ：泰曼-格林(Twyman Green)干涉仪、斐索(Fizeau)干涉仪、萨瓦(Savart)干涉仪、波面错位干涉仪等。而这些干涉仪大多采用的是时间移相，难以实现高精度的瞬态波前检测。
点衍射干涉仪是1972年由Raymond N．Smartt和J．Strong提出来的共光路干涉仪 ，它的主要特点在于不需要使用参考球面而使用小孔衍射产生的近乎理想的球面波作为参考波面，理论上可以实现极高精度的波面误差检测。
点衍射干涉仪检测元件面形时，平面波前通过某一个待检光学系统产生畸变波前，会聚后通过一个中间带有小孔或者不透明圆盘的吸收膜片。其中针孔(或不透明圆盘)的直径只有微米量级(小于无像差汇聚波前的艾里斑直径)，由此透过的光波会发生衍射形成一个近似球面波，作为参考波；而从针孔外透过吸收膜片的透射光波，改变的仅仅是光振幅强度，不改变入射光波畸变量。它作为测试波。这样，针孔衍射产生的参考波前就会与携带畸变信息的测试波前发生干涉，形成干涉条纹。通过对干涉图的分析，就能获得被测波前的畸变信息。
参考波面误差和系统的几何结构产生的误差是点衍射干涉仪的两个主要的误差来源，而几何结构产生的误差一般能被精确测量，从而完全消除，但参考波面的误差却难以消除 ，所以小孔衍射产生参考波面的误差成为了各种点衍射干涉仪的重要误差来源，即衍射波面相对于标准球面的偏离 。参考波面的误差主要与产生它的小孔直径、形状、位置、几何缺陷与入射波前所包含的像差有关。
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