非回转对称次波前退化下的干涉相干成像像差

吕思达; 李明茁; 胡海翔; 薛栋林; 张学军

doi:10.37188/OPE.20223013.1523

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非回转对称次波前退化下的干涉相干成像像差

现代应用光学 | 更新时间：2022-08-07

- 非回转对称次波前退化下的干涉相干成像像差
- Interferometric coherence imaging aberration due to non-rotationally symmetric secondary wavefront degradation
- 光学精密工程 2022年30卷第13期页码：1523-1533
- 作者机构：
  
  1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室，吉林长春 130033
  2.中国科学院大学，北京 100049
- 作者简介：
  
  [ "吕思达（1996-），男，吉林通化人，硕士研究生，2019年于长春理工大学获得学士学位，主要从事光学检测方面的研究。E-mail：lvsd9612@163.com" ]
  [ "胡海翔（1990-），男，安徽淮南人，博士，副研究员，硕士生导师，主要从事先进光学系统制造前沿技术的研究工作。E-mail： hhx@ciomp.ac.cn" ]
  [ "薛栋林（1979-），男，江苏靖江人，研究员，博士生导师，主要从事光学检测和空间光学系统设计等方面的研究。E-mail：xuedl@ciomp.ac.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家重大科研仪器研制项目(62127901);国家自然科学基金资助项目(62075218)
- DOI：10.37188/OPE.20223013.1523
  中图分类号： TH744.3
- 收稿日期：2021-12-21，
  
  修回日期：2022-02-07，
  
  纸质出版日期：2022-07-10
- 稿件说明：
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吕思达,李明茁,胡海翔等.非回转对称次波前退化下的干涉相干成像像差[J].光学精密工程,2022,30(13):1523-1533.

LÜ Sida,LI Mingzhuo,HU Haixiang,et al.Interferometric coherence imaging aberration due to non-rotationally symmetric secondary wavefront degradation[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(13):1523-1533.
吕思达,李明茁,胡海翔等.非回转对称次波前退化下的干涉相干成像像差[J].光学精密工程,2022,30(13):1523-1533. DOI： 10.37188/OPE.20223013.1523.

LÜ Sida,LI Mingzhuo,HU Haixiang,et al.Interferometric coherence imaging aberration due to non-rotationally symmetric secondary wavefront degradation[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(13):1523-1533. DOI： 10.37188/OPE.20223013.1523.

摘要

干涉补偿检测系统中检测波前在补偿光路传播中发生退化，不可避免地引入了干涉相干成像像差，使得仪器的传递函数在高频段急剧下降，严重限制了检测精度。建立了一种干涉相干成像像差模型来揭示波前空间频率信息受干涉相干成像像差影响的退化机制，提出了非回转对称波前传播理论来阐述非回转对称波前的演化机理。然后，结合细光束追迹与波前演化的混合分析方法建立了干涉相干成像像差的数学模型，实现了次波前非回转对称传播条件下调频函数的数值化，进一步建立离焦量与波前分布的函数关系。最后，利用干涉补偿检测系统完成模型的实验验证。实验结果表明，实际值与预计值的残差结果均小于0.05 waves，模型的对称平均绝对百分比误差（SMAPE）为8.26%，平均相对误差（MRE）为3.35%，相比亚利桑那大学提出的基于Talbot效应与菲涅尔衍射分析得到的理论模型有更好的契合度。由此验证了该模型的准确性与预测性，该模型对于提高干涉补偿检测的检测精度有重要意义。

Abstract

The degradation of the detected wavefront during the propagation of the compensation optical path in the interferometric compensation detection system inevitably introduces interferometric coherent imaging aberration， causing the instrument transfer function to degrade sharply in the high frequency band and severely limiting the detection accuracy of interferometric compensation detection. In this study， an interferometric coherence imaging aberration model is developed to reveal the degradation mechanism of wavefront spatial frequency information caused by interferometric coherence imaging aberration. First， a non-rotationally symmetric wavefront propagation theory is proposed to describe the evolution mechanism of the non-rotationally symmetric wavefront. Second， the mathematical model of interferometric coherent imaging aberration is established by combining the hybrid analysis method of fine beam tracing and wavefront evolution， and the numerical value of the FM function under the condition of non-rotationally symmetric secondary wavefront propagation is realized to further establish the function relationship between the out-of-focus amount and wavefront distribution. Finally， the experimental verification of the model is completed using the interference compensation detection system. The experimental results show that the residuals of the actual and expected values are less than 0.05 waves， the symmetric mean absolute percentage error （SMAPE） of the model is 8.26%， and the mean relative error （MRE） is 3.35%； therefore， the proposed model has a better fit than the theoretical one based on Talbot effect and Fresnel diffraction analysis proposed by the University of Arizona. The accuracy and predictability of the proposed model， which is important for improving the detection accuracy of interference compensation detection， are verified.

关键词

Keywords

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张学军，樊延超，鲍赫，等 . 超大口径空间光学遥感器的应用和发展［J］. 光学精密工程， 2016 ， 24 （ 11 ）： 2613 - 2626 . doi: 10.3788/OPE.20162411.2613 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20162411.2613

ZHANG X J ， FAN Y CH ， BAO H ， et al . Applications and development of ultra large aperture space optical remote sensors ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2016 ， 24 （ 11 ）： 2613 - 2626 . （in Chinese） . doi: 10.3788/OPE.20162411.2613 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20162411.2613

PENG S ， CHANG J O ， ZHAO C ， et al . Optical testing for meter size aspheric optics ［J］. Proc SPIE ， 2015 ， 8466 （ 4 ）： 597 - 599 .

黎发志，罗霄，赵晶丽，等 . 离轴非球面的计算全息图高精度检测技术［J］. 光学精密工程， 2011 ， 19 （ 4 ）： 709 - 716 . doi: 10.3788/OPE.20111904.0709 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20111904.0709

LI F ZH ， LUO X ， ZHAO J L ， et al . Test of off-axis aspheric surfaces with CGH ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2011 ， 19 （ 4 ）： 709 - 716 . （in Chinese） . doi: 10.3788/OPE.20111904.0709 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20111904.0709

李明，罗霄，薛栋林，等 . 考虑投影畸变设计大口径离轴非球面检测用计算全息图［J］. 光学精密工程， 2015 ， 23 （ 5 ）： 1246 - 1253 . doi: 10.3788/OPE.20152305.1246 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20152305.1246

LI M ， LUO X ， XUE D L ， et al . Design of CGH for testing large off-axis asphere by considering mapping distortion ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2015 ， 23 （ 5 ）： 1246 - 1253 . （in Chinese） . doi: 10.3788/OPE.20152305.1246 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20152305.1246

曾雪锋，闫锋，薛栋林，等 . 计算全息图补偿检测离轴非球面中的投影畸变校正技术［J］. 中国激光， 2013 ， 40 （ 11 ）： 237 - 241 . doi: 10.3788/cjl201340.1109003 http://dx.doi.org/10.3788/cjl201340.1109003

ZENG X F ， YAN F ， XUE D L ， et al . Distortion correction in testing of off-axis asphere with computer-generated hologram ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2013 ， 40 （ 11 ）： 237 - 241 . （in Chinese） . doi: 10.3788/cjl201340.1109003 http://dx.doi.org/10.3788/cjl201340.1109003

徐抒岩，张旭升，范阔，等 . 大型光学系统波前检测中气流扰动的抑制［J］. 光学精密工程， 2020 ， 28 （ 1 ）： 80 - 89 . doi: 10.3788/ope.20202801.0080 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20202801.0080

XU SH Y ， ZHANG X SH ， FAN K ， et al . Suppression of airflow turbulence in wavefront measurement for large-aperture optical systems ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2020 ， 28 （ 1 ）： 80 - 89 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20202801.0080 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20202801.0080

曹玉岩，王建立，初宏亮，等 . 大口径光学透镜的双级柔性支撑结构设计［J］. 光学精密工程， 2021 ， 29 （ 8 ）： 1867 - 1880 . doi: 10.37188/OPE.20212908.1867 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20212908.1867

CAO Y Y ， WANG J L ， CHU H L ， et al . Design and analysis of bi-flexible mounting structure for large optical lens ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2021 ， 29 （ 8 ）： 1867 - 1880 . （in Chinese） . doi: 10.37188/OPE.20212908.1867 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20212908.1867

王晨，周游，鲁棋，等 . 反射式偏振相移动态点衍射干涉技术的研究［J］. 中国激光， 2020 ， 47 （ 10 ）： 1004003 . doi: 10.3788/CJL202047.1004003 http://dx.doi.org/10.3788/CJL202047.1004003

WANG CH ， ZHOU Y ， LU Q ， et al . Research on reflective polarization phase-shifting dynamic point diffraction interferometry ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2020 ， 47 （ 10 ）： 1004003 . （in Chinese） . doi: 10.3788/CJL202047.1004003 http://dx.doi.org/10.3788/CJL202047.1004003

ZHOU P ， BURGE J ， ZHAO C Y . Imaging issues for interferometric measurement of aspheric surfaces using CGH null correctors ［C］. SPIE Proceedings， Interferometry XV ： Techniques and Analysis. San Diego， California， USA. SPIE ， 2010 ， 7790 ： 77900L . doi: 10.1117/12.862427 http://dx.doi.org/10.1117/12.862427

ZHOU P ， SHU Y ， ZHAO C Y ， et al . Diffraction effects for interferometric measurements due to imaging aberrations ［J］. Optics Express ， 2012 ， 20 （ 4 ）： 4403 . doi: 10.1364/oe.20.004403 http://dx.doi.org/10.1364/oe.20.004403

ZHOU P . Error Analysis and Data Reduction for Interferometric Surface Measurements ［D］. Phoenix ： The University of Arizona ， 2009

胡海翔 . 空间光学自由曲面应用的关键技术研究［D］. 长春：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所， 2017 .

HU H X . Research on the Key Technologies in the Application of Space Optical Freeform Surfaces ［D］. Changchun ： Changchun Institute of Optics， Fine Mechanics and Physics， Chinese Academy of Sciences ， 2017 . （in Chinese）

GOODMAN J W . Introduction to Fourier Optics ［M］. Third Edition . Beijing ： Electronic Industry Press ， 2013 .

曾雪峰 . 光学表面频段误差对成像质量的影响研究［D］. 长春：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所， 2014 .

ZENG X F . Impact on Image Performance of Surface Spatial Frequency ［D］. Changchun ： Changchun Institute of Optics， Fine Mechanics， and Physics， Chinese Academy of Sciences ， 2014 . （in Chinese）

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