【儀表網 研發快訊】近期，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率激光元件技術與工程部研究團隊，在數字化子孔徑拋光系統誤差感知提取與補償方面取得重要進展。研究首次提出了基于數據集與小波變換的方式對系統誤差進行多尺度提取與精確補償。相關研究成果以“Data-based systematic error extraction and compensation methods based on wavelet transform in ultra-precision optical polishing” 為題發表在Optics Letters。
隨著現代光學技術的發展，大型光學系統如大型空間望遠鏡、高功率激光系統以及光刻照明與投影曝光系統等對各類光學元件表面質量及產能有著極高的要求。然而數字化子孔徑拋光制造過程中誤差來源復雜，難以通過物理建模進行補償，系統拋光誤差的存在很難滿足光學元件低成本、高精度和高效率的制造要求。
研究人員提出了一種基于數據集的系統誤差提取和補償方案，用于提高光學元件的拋光精度。為了在小數據集條件下最大限度減小系統誤差提高提取質量，在提取過程中引入了小波變換多尺度提取技術，并通過L1范數優化解決了干涉儀相對檢測問題帶來的系統誤差提取不確定性問題。研究人員使用了兩個典型的誤差源(邊緣拋光液損失造成的邊緣誤差和工業機器人軌跡誤差)來驗證所提出方案的有效性。實驗結果顯示，經過邊緣補償后，?85 mm反射鏡面形的均方根值(RMS)從0.069λ降低到0.017λ，610×440 mm傳輸反射鏡表面面形的RMS達到0.019λ，拋光精度提高4倍以上；經過工業機器人軌跡誤差補償后，有效孔徑為480×360mm的傳輸反射鏡表面面形的RMS達到0.011λ，拋光精度提高2倍以上。此外，文章提到的誤差提取與補償方法也適用于其他類型系統誤差。該研究成果對超精密光學元件高效確定性制造有重要的價值。
相關工作得到了科技部重點研發計劃、國家自然科學基金、上海市啟明星揚帆計劃、中國科學院青年創新促進會的支持。
圖1 (a) 初始面型1；(b)加工初始面形1后產生的邊緣誤差示意圖；(c) 初始面型2; (d)加工初始面形2后產生的工業機器人軌跡誤差示意圖；
圖2 ?85 mm反射鏡邊緣誤差提取與補償結果。
圖3 610×440 mm傳輸反射鏡邊緣誤差提取與補償結果。
圖4 有效孔徑480×360mm傳輸反射鏡工業機器人軌跡誤差提取與補償結果。
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