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SHWS检测大品径离轴非球面的应用研究的中期报告

第一部分：研究背景和目的

现代光学系统的复杂性已经超越了以往，因此对于设计和检验这些系统的要求也显得更为严格。特别是针对非球面（aspherical）光学元件的需求，因为这些元件可以更好地纠正光学系统中的畸变，并且可以获得更高的光学性能。因此，非球面光学元件已经成为现代光学系统的关键技术之一。

对于非球面光学元件的检测，传统的方法是使用球面逼近法（null-testmethod），其基本思想是将被测元件与一个某个半径的球面相匹配。然而，球面逼近法的缺点是无法准确获得非球面元件表面的全部信息，还会存在某些区域的误差值较大的问题，因此无法满足高精度光学系统的要求。相比之下，基于绝对测量的方法如Shack-Hartmann法和StitchingInterferometry法可以获得高精度的非球面光学元件的表面形貌信息，但是它们也存在着高成本和低效率的问题。

在这种背景下，本研究旨在探索使用SHWS（SubapertureStitchingInterferometry）检测大品径离轴非球面的可能性，该方法可以通过在小子口径区域使用Fizeau干涉仪对其进行高精度测量，然后将这些小区域进行拼接，以得到全品径的表面形貌信息。此外，该方法还可以利用已有的离轴检测配置并降低成本和提高检测效率。

第二部分：研究方法

1.实验平台搭建

我们将在现有的离轴干涉仪上添加一个用于SHWS测量的平面波干涉仪模块。该方案需要确保SHWS和离轴干涉仪的光路完全重叠，并且需要保证SHWS的像场大小和样本的真实大小尽量匹配。

2.数据采集和处理

使用SHWS检测非球面元件的主要挑战在于需要在各个子区域进行准确的相位测量，并且计算这些子区域的相对位置。为了解决这个问题，我们将在SHWS模块中使用快速相位测量（FPDM）技术进行相位测量，并且利用图像处理方法来计算子区域之间的相对位置和拼接方式。具体的流程如下：

1）对于离轴干涉仪，将其调整为在有限的离轴距范围内对非球面元件进行测量。

2）将非球面元件放置在样品台上，并将SHWS干涉仪调整到与样品台斜面垂直的位置。同时，我们需要调整SHWS模块中的几何尺度，以确保各个子区域的像场大小和样本的真实大小尽量匹配。

3）使用Fizeau干涉仪对相邻子区域进行测量，并计算相位信息。在此过程中，我们还需要使用FPDM技术对相位信号进行处理，以提高相位测量的精度和速度。在测量完成之后，我们可以得到每个子区域的相对位置和相位信息。

4）利用图像处理方法，将这些子区域进行拼接，并得到样品的全品径表面形状信息。在此过程中，我们将采用精度更高的多项式曲面拟合算法，在每个子区域内获得更准确的表面形状信息，从而提高最终拼接结果的精度。

第三部分：研究进展及预期成果

目前，我们已经完成了实验平台的搭建和SHWS模块的集成。我们还开展了对该方法的初步验证，利用标准球面进行了测量，并得出了满意的结果。

接下来，我们将使用离轴非球面元件进行实验，对于不同的元件形状和离轴度，我们将使用SHWS和传统的球面逼近法进行对比，并对SHWS的检测精度和效率进行优化和改进。

预期的成果包括：

-建立使用SHWS检测大品径离轴非球面的方法，验证其可行性。

-通过数值模拟计算方法，探究不同标定方法对于结果精度和效率的影响。

-修改SHWS算法以适应更为复杂的非球面元件形状和离轴度。

-发表论文并申请专利。