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谈谈标量用于超高精度非球面面形检测CGH设计、制作与误差经典

收藏本文 2024-03-27 点赞:8596 浏览:25816 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:随着现代科学技术的进展,人们对光学系统性能的要求日益提升,非球面已经越来越广泛地运用于各种精密光学系统或特殊的光学系统。此外,光学精密加工技术的进展也使大口径高精度非球面的加工成为可能。加工高精度的非球面必须要有与加工精度相匹配的检测技术。当前,非球面的检测一般采取干涉法,其中,计算全息法(CGH)在高精度的非球面检测中被广泛采取。该策略的基本原理是利用CGH生成理想的非球面波前和实际的检测波前相干涉来实现非球面面形的高精度检测。由此,如何设计CGH并浅析其精度对整个检测精度的影响具有十分重要的作用。论文首先介绍了非球面及其检测的基本知识,随后简要介绍了CGH检测非球面的检测原理及其设计、制作历程。其中,特别介绍了利用电子束直写机制作CGH的历程,以便浅析其编码误差。然后,探讨了利用光线追迹论述和标量衍射论述设计CGH的基本论述、设计思路及具体设计策略,并对二者的优缺点作了比较,为CGH的设计提供必要的论述依据。随后,针对具体的待检测非球面利用光线追迹论述,分别用Matlab和Zemax得到了具体的设计结果,并且二者的计算结果基本一致。最后,利用标量衍射论述和二元线性光栅模型并结合CGH的设计制作历程,探讨了CGH的基底面形误差、刻蚀占空比误差、刻蚀位置误差、刻蚀深度误差、直写编码误差,并对占空比、刻蚀深度的参数优化做了具体的浅析,通过对制作误差的浅析给出了制作参数选择的意见。结果表明:(a)选择光作为检测光,此时衍射效率最高且占空比对衍射波前相位没有影响;(b)针对不同的制作精度选择合适的占空比和刻蚀深度以便平衡衍射效率和检测精度。比如,当制作历程中占空比和刻蚀深度的波动都不是很大(检测设公差为1%)时,刻蚀深度应该选择0.4λ附近,占空比选择45%至50%,这样既能保证有足够高的衍射效率,又可兼顾占空比波动和刻蚀深度波动对衍射波前的影响;(c)直写机的制作容差限越小,也就是说刻蚀设备所能刻蚀的最小线宽越小,支持的刻蚀角度越多,精度越高,编码误差也就越小。论文探讨了CGH的设计策略,定量浅析了CGH的制作误差,可为非球面光学器件的高精度检测提供论述基础,对检测结果的浅析具有指导作用。关键词:CGH论文非球面论文标量衍射论文光线追迹论文二元线性光栅论文

    摘要4-6

    ABSTRACT6-11

    第一章 绪论11-23

    1.1 探讨背景11-12

    1.2 非球面的基本概念12-16

    1.2.1 非球面的定义12-13

    1.2.2 与法线有关的重要量质13-15

    1.2.3 非球面的非球面度15-16

    1.3 非球面的检测策略16-21

    1.3.1 工艺面检测法16-18

    1.3.2 无像差点法18-19

    1.3.3 补偿法19-20

    1.3.4 计算全息法20-21

    1.4 本论文的主要工作21-22

    1.5 本章小结22-23

    第二章 CGH 的制作23-31

    2.1 常用 CGH 制作策略及制作历程概述23-24

    2.1.1 常用 CGH 制作策略及制作历程23

    2.1.2 利用电子束刻蚀 CGH 的制作历程23-24

    2.2 CGH 常用的编码策略24-27

    2.2.1 罗曼型编码25

    2.2.2 迂回相位编码25-26

    2.2.3 修正型离轴参考光编码26-27

    2.3 电子束直写编码27-30

    2.3.1 编码对象27

    2.3.2 编码历程27-30

    2.4 本章小结30-31

    第三章 用于非球面面形检测的 CGH 的设计案例31-45

    3.1 基于标量衍射论述设计 CGH31-37

    3.1.1 基尔霍夫衍射论述32-33

    3.1.2 夫琅和费衍射33-34

    3.1.3 用惠更斯-菲涅尔原理设计 CGH34-37

    3.2 基于光线追迹论述设计 CGH37-44

    3.2.1 光线追迹法设计 CGH 的原理37-39

    3.2.2 利用 Matlab 设计 CGH 的相位分布39-40

    3.2.3 利用 Zemax 设计 CGH 的相位分布40-44

    3.2.4 两种设计论述的比较44

    3.3 本章小结44-45

    第四章 CGH 的误差浅析45-67

    4.1 二元线性光栅模型45-50

    4.1.1 二元线性光栅模型45-48

    4.1.2 衍射效率48

    4.1.3 衍射波前相位函数48-49

    4.1.4 衍射效率和衍射波前相位的敏感函数49-50

    4.2 CGH 制作误差浅析50-63

    4.2.1 基底面形误差50-51

    4.2.2 刻蚀占空比误差51-52

    4.2.3 刻蚀深度误差52-53

    4.2.4 占空比误差和刻蚀深度误差的优化浅析53-58

    4.2.5 刻蚀图案畸变误差58-59

    4.2.6 直写编码误差59-63

    4.3 CGH 误差浅析实例63-65

    4.4 本章小结65-67

    论文总结67-68

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