上海光機(jī)所在數(shù)字化子孔徑拋光中中頻誤差的研究方面取得進(jìn)展

　　【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所研究人員在數(shù)字化子孔徑拋光中中頻誤差的研究方面取得進(jìn)展，研究首次證明工具與光學(xué)元件間接觸壓強(qiáng)分布是影響中頻誤差不可忽視的重要因素，并提出旋轉(zhuǎn)卷積模型(RPC)，實(shí)現(xiàn)了受該因素影響下中頻誤差定量解耦；研究成果進(jìn)一步深化了對(duì)子孔徑拋光中頻誤差產(chǎn)生機(jī)制的理解，也為中頻誤差的進(jìn)一步抑制提供了新的研究思路。相關(guān)研究成果發(fā)表于《光學(xué)快報(bào)》(Optics Express)。
 

　　隨著現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)的快速發(fā)展，高功率激光、大型望遠(yuǎn)系統(tǒng)、光刻系統(tǒng)等對(duì)光學(xué)元件精度及產(chǎn)能提出了極高的要求，尤其是中頻誤差指標(biāo)已成為制約各系統(tǒng)進(jìn)一步提升的關(guān)鍵瓶頸問題。在高功率激光系統(tǒng)中，中頻誤差會(huì)引起焦斑拖尾和近場(chǎng)調(diào)制，甚至?xí)p壞光學(xué)元件；在成像系統(tǒng)中，中頻誤差會(huì)引起小角度散射，降低光束質(zhì)量和成像對(duì)比度。在數(shù)字化子孔徑拋光制造過程中，普遍認(rèn)為路徑及去除函數(shù)的形貌是影響中頻誤差的關(guān)鍵影響因素；但隨著制造精度不斷提升，很大比例的反常中頻誤差浮出水面，現(xiàn)有理論的局限性已逐漸暴露。
 

　　針對(duì)該瓶頸問題，研究發(fā)現(xiàn)子孔徑加工過程中以去除函數(shù)為最小計(jì)算單元的不完備缺陷，工具與表面接觸壓強(qiáng)分布的非對(duì)稱性會(huì)在運(yùn)動(dòng)過程中不斷引入額外中頻誤差。為定量解析該過程引入的中頻誤差分布規(guī)律，研究基于空變壓強(qiáng)分布旋轉(zhuǎn)不變特性修正了Preston經(jīng)典方程，得到了以實(shí)際接觸壓力分布為最小計(jì)算單元的旋轉(zhuǎn)卷積(RPC)模型；通過該模型分析得到了接觸壓強(qiáng)分布、轉(zhuǎn)速比(自轉(zhuǎn)速度/進(jìn)給速度)等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)中頻誤差的定量影響關(guān)系；首次提出基于Zernike多項(xiàng)式的接觸壓強(qiáng)分布不對(duì)稱性正交解耦算法，實(shí)現(xiàn)了接觸壓強(qiáng)分布對(duì)中頻誤差影響的直觀指標(biāo)分解。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中，該模型對(duì)中頻誤差的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度優(yōu)于85%。相關(guān)研究成果將應(yīng)用于ICF裝置中大口徑光學(xué)元件工藝優(yōu)化，可為數(shù)字化子孔徑拋光中頻誤差的抑制提供新的手段。
 

　　相關(guān)工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、上海市揚(yáng)帆計(jì)劃、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)的支持。

       中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所成立于1964年5月，是我國建立最早、規(guī)模最大的激光科學(xué)技術(shù)專業(yè)研究所。發(fā)展至今，已形成以探索現(xiàn)代光學(xué)重大基礎(chǔ)及應(yīng)用基礎(chǔ)前沿、發(fā)展大型激光工程技術(shù)并開拓激光與光電子高技術(shù)應(yīng)用為重點(diǎn)的綜合性研究所。研究所重點(diǎn)學(xué)科領(lǐng)域?yàn)椋簭?qiáng)激光技術(shù)、強(qiáng)場(chǎng)物理與強(qiáng)光光學(xué)、空間激光與時(shí)頻技術(shù)、信息光學(xué)、量子光學(xué)、激光與光電子器件、光學(xué)材料等。
 

　　圖1(a)表面壓強(qiáng)分布與中頻誤差的關(guān)系。(b)不同路徑間隔中轉(zhuǎn)速比與中頻誤差的關(guān)系。
 

　　圖2 (a)不同瓣數(shù)的表面壓強(qiáng)分布與轉(zhuǎn)速比耦合作用原理。(b)不同瓣數(shù)的表面壓強(qiáng)分布與轉(zhuǎn)速比耦合作用對(duì)中頻誤差的影響。
 

圖3 實(shí)驗(yàn)與仿真的對(duì)比圖。