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

近期，中國(guó)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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市揚(yáng)帆計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)的支持。