大口径准直波前的测量与复原技术研究文献综述

 2022-11-27 15:59:01

文 献 综 述

  1. 课题背景

1.1 大口径光学系统的发展与应用

进入21世纪,随着科学技术的不断发展,尤其是军用技术与空间技术领域的大步式发展,推动着人们对更高精度、更大口径的光学仪器的需求不断提升,随之而来的是大口径光学元件制造的技术水平的不断进步。今天,大口径光学仪器已普遍应用于诸如军事、航空航天、大口径天文望远镜等诸多领域[1][2]

在世界上领先的航天部门,诸如欧洲空间局(ESA)、美国航空航天局(NASA)

以及俄罗斯航天相关部门等,都结合自身具体实际提出相应的空间科学发展战略与计划方案。具有普适性的是,这些战略计划在核心技术上都以先进的光学仪器设备和无线电望远镜为支撑点,而国际上应用的大口径天文望远镜的发展更是这些战略计划的重中之重。而实现高精度大口径望远镜的关键性技术研究之一正是

高精度大口径波前检测技术[3][4]

除此之外,大口径光学系统还应用于诸如惯性约束聚变领域(ICF)等高精尖领域,如美国“国家点火装置”,作为世界上最大的激光核聚变系统,有多达192束激光同时会聚到靶球上,末级光束口径为400*400mm,,每条光路包括前置放大器、辅助放大器和多通主放大器,需要8000多个大型精密光学元件和3万多个小型精密光学元件[5]

上述各种高功率激光系统中都要应用大量的大口径光学元件,而且对这些元件有很高的质量要求,如材料内部折射率均匀性为(1 2),表面平整度为,表面粗糙度优于1nm等。为了满足上述要求,对元件制造单位来说,大口径卧式激光平面干涉仪、大口径差分式激光全息干涉仪和干涉式表面粗糙度测量仪是必备的[6]

    1. 干涉仪与平行光管的异同

干涉仪是一种利用波的叠加性来获取波的相位信息的仪器,应用极为广泛。诸如法布里·玻罗干涉仪等多光束干涉仪具有很尖锐的干涉极大,因而有极高的光谱分辨率,常用作光谱的精细结构和超精细结构分析;泰曼干涉仪被普遍用来检验平板、棱镜和透镜等光学元件的质量;瑞利干涉仪通过条纹移动来对折射率进行相对测量。在不同种类的干涉仪之中,大口径斐索干涉仪在大口径光学元件面形检测方面具有重要应用,南京理工大学的刘兆栋等研究了近红外相移斐索干涉仪校准与测试技术,解决了国内高功率固体激光装置中大口径光学元件生产制造急需的干涉测试设备问题[7]

数字干涉仪也是一种高精度波前检测设备。通过干涉仪检测光学系统或波面的光学质量时,需要一块与被检元件相同口径或者更大口径的高精度平面反射镜,这在检测大口径光学系统是很难办到的。但通过子孔径拼接检测技术及相应的数据分析处理,可以避免采用大口径平面镜[8]

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