RU211189U1 - Голографическое устройство для контроля формы асферических оптических поверхностей - Google Patents
Голографическое устройство для контроля формы асферических оптических поверхностей Download PDFInfo
- Publication number
- RU211189U1 RU211189U1 RU2022102428U RU2022102428U RU211189U1 RU 211189 U1 RU211189 U1 RU 211189U1 RU 2022102428 U RU2022102428 U RU 2022102428U RU 2022102428 U RU2022102428 U RU 2022102428U RU 211189 U1 RU211189 U1 RU 211189U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- osgoe
- reflective
- aop
- light source
- controlled
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical Effects 0.000 title claims abstract description 59
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 21
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 16
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 12
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 12
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 10
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 4
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 3
- 210000000554 Iris Anatomy 0.000 description 3
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 3
- 229910052904 quartz Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000006094 Zerodur Substances 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 description 2
- 230000003595 spectral Effects 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 241001150656 Pothoidium Species 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium(0) Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000001093 holography Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive Effects 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002441 reversible Effects 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000003313 weakening Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Полезная модель может быть использована для контроля формы асферических оптических поверхностей (АОП) как монолитных, так и составных асферических зеркал и линз. Голографическое устройство содержит 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. 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 АОП. ОСГОЭ представляет собой голограммный отражательный автоколлимационный компенсатор, имеющий центральное отверстие, при этом соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ выполнена из условия восстановления голограммным компенсатором конгруэнции дифрагированных отраженных световых лучей, идентичной конгруэнции световых лучей, отраженных от контролируемой АОП при освещении ее монохроматическим точечным источником света. Технический результат: 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. 5 з.п. ф-лы, 9 ил.
Description
Полезная модель 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 использована на всех стадиях их производства и аттестации.
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.].
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.
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.
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.].
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.
Техническим результатом полезной модели 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.
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 настоящей полезной модели, ОСГОЭ представляет собой голограммный отражательный автоколлимационный компенсатор, имеющий центральное отверстие, при этом текущий радиус соосной кольцевой дифракционной структуры ОСГОЭ вычисляется с учетом услови
2sinϕ(ρ)=λν(ρ),
где ρ - текущий радиус соосной кольцевой дифракционной структуры ОСГОЭ;
ϕ(ρ) - угол между падающим на ОСГОЭ световым лучом и нормалью к ее рабочей поверхности в зоне с текущим радиусом ρ;
λ - длина волны монохроматического точечного источника света;
ν(ρ) - пространственная частота ОСГОЭ в зоне с текущим радиусом ρ.
А также тем, что ОСГОЭ выполнен в виде отражательной амплитудной голограммы.
А также тем, что ОСГОЭ выполнен в виде отражательной рельефно-фазовой голограммы.
А также тем, что соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ выполнена на усеченной конической рабочей поверхности, обращенной в сторону контролируемой асферической оптической поверхности.
А также тем, что соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ выполнена на плоской рабочей поверхности, обращенной в сторону контролируемой асферической оптической поверхности.
А также тем, что соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ выполнена на сферической рабочей поверхности, обращенной в сторону контролируемой асферической оптической поверхности.
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.
На фиг.2 изображен ОСГОЭ в виде отражательной амплитудной голограммы в обобщенном виде с рабочей поверхностью, на которую нанесена соосная кольцевая дифракционная структура с текущим радиусом ρ.
На фиг.3 изображен ОСГОЭ в виде отражательной рельефно-фазовой голограммы в обобщенном виде с рабочей поверхностью, на которую нанесена соосная кольцевая дифракционная структура с текущим радиусом ρ и высотой h рельефа дифракционной структуры (на рис. 3а условно показаны выступы и впадины в виде белых и черных колец соответственно).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 ОО1 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 ОО1 на заданном расстоянии от вершины контролируемой АОП 5 (показана условно).
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.
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),
где ρ - текущий радиус соосной кольцевой дифракционной структуры ОСГОЭ 6;
ϕ(ρ) - угол между падающим на ОСГОЭ 6 световым лучом и нормалью к ее рабочей поверхности в зоне с текущим радиусом ρ;
λ - длина волны монохроматического точечного источника света А;
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).
Центральное отверстие ОСГОЭ 6 может быть выполнено конической или цилиндрической формы.
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.
Для обеспечения температурной стабильности целесообразно использовать кварцевое оптической стекло марки КУ-1, ситалл марки СО115М [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.].
ОСГОЭ 6 выполнен в виде отражательной голограммы - амплитудной или рельефно-фазовой.
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].
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.
Соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ 6, выполненная в виде отражательной амплитудной голограммы, представляет собой систему концентрических чередующихся отражающих 13 и неотражающих 14 колец.
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]:
- разность оптического пути между волнами опорного и измерительного каналов голографического устройства на краях m-й френелевской зоны;
λ - рабочая длина волны монохроматического точечного источника света А;
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).
При расчете ОСГОЭ 6 находят координаты краев ρ± m каждой m-й френелевской зоны (интерференционной полосы).
Причем текущий радиус ρ соосной кольцевой дифракционной структуры ОСГОЭ 6 вычисляется с учетом условия
где ρ - текущий радиус соосной кольцевой дифракционной структуры ОСГОЭ 6;
ϕ(ρ) - угол между падающим на ОСГОЭ 6 световым лучом и нормалью к ее рабочей поверхности в зоне с текущим радиусом ρ;
λ - длина волны монохроматического точечного источника света А;
ν(ρ) - пространственная частота ОСГОЭ 6 в зоне с текущим радиусом ρ.
Отражающие кольца 13 представляют собой металлические участки, обладающие свойством отражения для рабочего спектрального диапазона.
Например, это может быть алюминиевое покрытие вакуумного напыления для ультрафиолетового, видимого и ближнего инфракрасного спектральных диапазонов, золотое - для среднего и дальнего инфракрасных диапазонов.
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.
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.].
Соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ 6, выполненная в виде отражательной рельефно-фазовой голограммы, представляет собой систему концентрических чередующихся колец в виде выступов и впадин.
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.
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.
Голографическое устройство работает следующим образом.
Вышедший из одночастотного лазерного источника 1 света пучок направляется через расширитель 2 светового пучка к светоделителю 3.
Светоделителем 3 он делится на два пучка - опорный и измерительный.
Опорный пучок направляется к плоскости регистрации - плоскости светочувствительной матрицы 9 с помощью плоского зеркала 11, проекционного объектива 7 и ирисовой диафрагмы 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.
Далее измерительный пучок падает на контролируемую АОП 5 и, отразившись от нее, поступает на ОСГОЭ 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.
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.
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.
Таким образом, в измерительном канале световой пучок претерпевает двукратное отражение от контролируемой АОП 5, что обеспечивает удвоение чувствительности контроля формы АОП 5.
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.
Примеры конкретного использования и выполнения предложенного голографического устройства.
Рассмотрим подробнее реализацию голографического устройства для контроля формы АОП 5, построенного по схеме, приведенной на фиг.4.
Расчетные значения параметров вогнутой АОП 5 контролируемого зеркала:
уравнение поверхности у2 = 6000х;
световой диаметр 2000 мм;
диаметр центрального цилиндрического отверстия контролируемой оптической детали 100 мм.
Длина волны монохроматического точечного источника света А λ = 0,532 мкм.
В результате расчета получены следующие значения:
параметры ОСГОЭ 6 с подложкой, имеющей внешнюю усеченную коническую рабочую поверхность:
световой диаметр основания 201 мм;
диаметр центрального цилиндрического отверстия 10 мм;
высота кругового конуса 31,7 мм;
угол при вершине кругового конуса 145°;
тип ОСГОЭ 6 - отражательная амплитудная голограмма;
наибольшая пространственная частота дифракционной структуры 1070 мм-1 (частотная характеристика ОСГОЭ 6 носит нелинейный характер и уменьшается от вершины к основанию конической рабочей поверхности);
отражающие кольца 13 представляют собой участки ОСГОЭ 6 реализованные в виде кольцевых зон с алюминиевым отражающим покрытием толщиной 135 нм;
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;
скважность Q = 2 (ширина отражающего кольца 13 равна ширине неотражающего кольца 14);
материал подложки - кварцевое оптической стекло марки КУ-1;
расстояние вдоль оптической оси ОО1 от монохроматического точечного источника света А до вершины вогнутой АОП 5 контролируемого зеркала равно 3000 мм.
Рассмотрим подробнее реализацию голографического устройства для контроля формы АОП 5, построенного по схеме, приведенной на фиг.5.
Расчетные значения параметров выпуклой АОП 5 контролируемого зеркала:
уравнение поверхности у2 = 1000 х;
световой диаметр 40 мм;
Длина волны монохроматического точечного источника света А λ=0,532 мкм.
В результате расчета получены следующие значения:
параметры ОСГОЭ 6 с подложкой, имеющей внутреннюю усеченную коническую рабочую поверхность:
световой диаметр основания 241 мм;
диаметр центрального конического отверстия при его вершине 1 мм;
высота кругового конуса 12 мм;
угол при вершине кругового конуса 168,5°;
тип ОСГОЭ 6 - отражательная амплитудная голограмма;
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);
отражающие кольца 13 представляют собой участки ОСГОЭ 6 реализованные в виде кольцевых зон с алюминиевым отражающим покрытием толщиной 135 нм;
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;
скважность Q = 2 (ширина отражающего кольца 13 равна ширине неотражающего кольца 14);
материал подложки - бесцветное оптической стекло марки К8;
расстояние вдоль оптической оси ОО1 от монохроматического точечного источника света А до вершины вогнутой АОП 5 контролируемого зеркала равно 1000 мм.
Рассмотрим подробнее реализацию голографического устройства для контроля формы АОП 5, построенного по схеме, приведенной на фиг.6.
Расчетные значения параметров выпуклой АОП 5 контролируемой линзы:
уравнение поверхности y2 = 1000x;
световой диаметр 40 мм;
Длина волны монохроматического точечного источника света А λ = 0,532 мкм.
В результате расчета получены следующие значения:
параметры ОСГОЭ 6 с подложкой, имеющей плоскую рабочую поверхность:
световой диаметр 241 мм;
диаметр центрального конического отверстия при его вершине 1 мм;
толщина по оптической оси 25 мм;
тип ОСГОЭ 6 - отражательная амплитудная голограмма;
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);
отражающие кольца 13 представляют собой участки ОСГОЭ 6 реализованные в виде кольцевых зон с алюминиевым отражающим покрытием толщиной 135 нм;
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;
скважность Q = 2 (ширина отражающего кольца 13 равна ширине неотражающего кольца 14);
материал подложки - бесцветное оптической стекло марки К8;
расстояние вдоль оптической оси ОО1 от монохроматического точечного источника света А до вершины вогнутой АОП 5 контролируемого зеркала равно 1000 мм.
Рассмотрим подробнее реализацию голографического устройства для контроля формы АОП 5, построенного по схеме, приведенной на фиг.7.
Расчетные значения параметров вогнутой АОП 5 контролируемого зеркала:
уравнение поверхности у2 = 6000х;
световой диаметр 2000 мм;
диаметр центрального цилиндрического отверстия контролируемой оптической детали 100 мм.
Длина волны монохроматического точечного источника света А λ = 10,6 мкм.
В результате расчета получены следующие значения:
параметры ОСГОЭ 6 с подложкой, имеющей плоскую рабочую поверхность:
световой диаметр 221 мм;
диаметр центрального конического отверстия при его вершине 5 мм;
толщина по оптической оси 25 мм;
тип ОСГОЭ 6 - отражательная рельефно-фазовая голограмма;
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);
рельеф дифракционной структуры имеет высоту h, равную 2,6 мкм, на соосную кольцевую дифракционную структуру нанесено золотое отражающее покрытие толщиной 600 нм;
скважность соосной кольцевой дифракционной структуры Q = 2;
материал подложки - алюминиевый сплав Д16;
расстояние вдоль оптической оси OO1 от монохроматического точечного источника света А до вершины вогнутой АОП 5 контролируемого зеркала равно 3000 мм.
Рассмотрим подробнее реализацию голографического устройства для контроля формы АОП 5, построенного по схеме, приведенной на фиг.8.
Расчетные значения параметров выпуклой АОП 5 контролируемой линзы:
уравнение поверхности у2 = 400х;
световой диаметр 100 мм;
Длина волны монохроматического точечного источника света А λ = 0,532 мкм.
В результате расчета получены следующие значения:
параметры ОСГОЭ 6 с подложкой, имеющей вогнутую сферическую рабочую поверхность:
световой диаметр 257 мм;
радиус кривизны 168,7 мм;
толщина по оптической оси 5 мм;
диаметр центрального конического отверстия при его вершине 1 мм;
тип ОСГОЭ 6 - отражательная амплитудная голограмма;
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);
отражающие кольца 13 представляют собой участки ОСГОЭ 6 реализованные в виде кольцевых зон с алюминиевым отражающим покрытием толщиной 135 нм;
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;
скважность Q = 2 (ширина отражающего кольца 13 равна ширине неотражающего кольца 14);
материал подложки - кварцевое оптической стекло марки КУ-1;
расстояние вдоль оптической оси ОО1 от монохроматического точечного источника света А до вершины вогнутой АОП 5 контролируемого зеркала равно 120 мм.
Рассмотрим подробнее реализацию голографического устройства для контроля формы АОП 5, построенного по схеме, приведенной на фиг.9.
Расчетные значения параметров вогнутой АОП 5 контролируемого зеркала:
уравнение поверхности у2 = 6000 х;
световой диаметр 2000 мм;
Длина волны монохроматического точечного источника света А λ = 10,6 мкм.
В результате расчета получены следующие значения:
параметры ОСГОЭ 6 с подложкой, имеющей выпуклую сферическую рабочую поверхность:
световой диаметр 211 мм;
радиус кривизны 3000 мм;
толщина по оптической оси 25 мм;
диаметр центрального конического отверстия при его вершине 5 мм;
тип ОСГОЭ 6 - отражательная амплитудная голограмма;
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);
отражающие кольца 13 представляют собой участки ОСГОЭ 6 реализованные в виде кольцевых зон с золотым отражающим покрытием толщиной 600 нм;
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;
скважность Q = 2 (ширина отражающего кольца 13 равна ширине неотражающего кольца 14);
материал подложки - ситалл марки СО115М;
расстояние вдоль оптической оси OO1 от монохроматического точечного источника света А до вершины вогнутой АОП 5 контролируемого зеркала равно 3000 мм.
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.
Claims (11)
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),
где ρ - текущий радиус соосной кольцевой дифракционной структуры ОСГОЭ;
ϕ(ρ) - угол между падающим на ОСГОЭ световым лучом и нормалью к ее рабочей поверхности в зоне с текущим радиусом ρ;
λ - длина волны монохроматического точечного источника света;
ν(ρ) - пространственная частота ОСГОЭ в зоне с текущим радиусом р.
2. Голографическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что ОСГОЭ выполнен в виде отражательной амплитудной голограммы.
3. Голографическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что ОСГОЭ выполнен в виде отражательной рельефно-фазовой голограммы.
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.
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.
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.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU211189U1 true RU211189U1 (ru) | 2022-05-25 |
Family
ID=
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101672628A (zh) * | 2009-10-12 | 2010-03-17 | 中国兵器工业第二〇五研究所 | 非球面光学元件面形检测装置 |
CN205482829U (zh) * | 2016-03-17 | 2016-08-17 | 哈尔滨理工大学 | 一种浅度非球面动态干涉检测装置 |
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101672628A (zh) * | 2009-10-12 | 2010-03-17 | 中国兵器工业第二〇五研究所 | 非球面光学元件面形检测装置 |
CN205482829U (zh) * | 2016-03-17 | 2016-08-17 | 哈尔滨理工大学 | 一种浅度非球面动态干涉检测装置 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Nasyrov, R.K., Poleshchuk, A.G., Sokol’skii, M.N. et al. Interferometric method for controlling the assembly quality of an optical system with an eccentrically arranged aspheric lense. Optoelectron.Instrument.Proc. 53, 524-529 (2017). * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2467286C1 (ru) | Устройство юстировки двухзеркальной центрированной оптической системы | |
US9594201B2 (en) | Curved volume phase holographic (VPH) diffraction grating with tilted fringes and spectrographs using same | |
US3628849A (en) | Diffraction gratings | |
JP3784415B2 (ja) | 複合体光学素子を有する干渉計 | |
RU211189U1 (ru) | Голографическое устройство для контроля формы асферических оптических поверхностей | |
RU2786688C1 (ru) | Голографическое устройство для контроля формы асферических оптических поверхностей | |
RU2375676C2 (ru) | Способ юстировки двухзеркальных центрированных оптических систем | |
RU205459U1 (ru) | Голографическое устройство для контроля формы крупногабаритных вогнутых асферических оптических поверхностей | |
RU2766851C1 (ru) | Голографическое устройство для контроля формы крупногабаритных вогнутых асферических оптических поверхностей | |
US4094577A (en) | High-resolution, wide-field holographic lens | |
RU108600U1 (ru) | Устройство юстировки двухзеркальной центрированной оптической системы | |
RU205115U1 (ru) | Осевой синтезированный голограммный оптический элемент | |
Hutley et al. | Manufacture of blazed zone plates in germanium for use in the 10 micrometer spectral region | |
RU2766855C1 (ru) | Осевой синтезированный голограммный оптический элемент | |
CN100386662C (zh) | 全息凸面光栅光刻光路设计方法 | |
RU2803879C1 (ru) | Способ измерения формы внеосевой асферической оптической детали | |
JPH0784221A (ja) | 集光用光学装置とこれに付加される光学的付加装置及びこれらを用いた測定機器 | |
Lukin et al. | New capabilities for laser holographic testing during assembly and collimation of large segmented telescope mirrors | |
Sokolova | New-generation diffraction gratings | |
Lukin et al. | Possibilities of laser-holographic monitoring of assembly and alignment of a segmented primary telescope mirror using the Millimetron space observatory as an example | |
KR102046103B1 (ko) | 집적 홀로그램 광학소자 | |
SU1633272A1 (ru) | Интерферометр | |
Grunwald et al. | Robust Shack-Hartmann wavefront sensing with ultraflat microaxicons | |
Poleshchuk et al. | CGHs as Fizeau reference for interferometric null testing | |
RU162920U1 (ru) | Высокоапертурный объектив для фокусировки оптического излучения |