上海光機所在數字化子孔徑拋光中中頻誤差的研究方面取得進展

　　【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研究人員在數字化子孔徑拋光中中頻誤差的研究方面取得進展，研究首次證明工具與光學元件間接觸壓強分布是影響中頻誤差不可忽視的重要因素，并提出旋轉卷積模型(RPC)，實現了受該因素影響下中頻誤差定量解耦；研究成果進一步深化了對子孔徑拋光中頻誤差產生機制的理解，也為中頻誤差的進一步抑制提供了新的研究思路。相關研究成果發表于《光學快報》(Optics Express)。
 

　　隨著現代光學系統的快速發展，高功率激光、大型望遠系統、光刻系統等對光學元件精度及產能提出了極高的要求，尤其是中頻誤差指標已成為制約各系統進一步提升的關鍵瓶頸問題。在高功率激光系統中，中頻誤差會引起焦斑拖尾和近場調制，甚至會損壞光學元件；在成像系統中，中頻誤差會引起小角度散射，降低光束質量和成像對比度。在數字化子孔徑拋光制造過程中，普遍認為路徑及去除函數的形貌是影響中頻誤差的關鍵影響因素；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，現有理論的局限性已逐漸暴露。
 

　　針對該瓶頸問題，研究發現子孔徑加工過程中以去除函數為最小計算單元的不完備缺陷，工具與表面接觸壓強分布的非對稱性會在運動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律，研究基于空變壓強分布旋轉不變特性修正了Preston經典方程，得到了以實際接觸壓力分布為最小計算單元的旋轉卷積(RPC)模型；通過該模型分析得到了接觸壓強分布、轉速比(自轉速度/進給速度)等關鍵參數對中頻誤差的定量影響關系；首次提出基于Zernike多項式的接觸壓強分布不對稱性正交解耦算法，實現了接觸壓強分布對中頻誤差影響的直觀指標分解。實驗驗證中，該模型對中頻誤差的預測準確度優于85%。相關研究成果將應用于ICF裝置中大口徑光學元件工藝優化，可為數字化子孔徑拋光中頻誤差的抑制提供新的手段。
 

　　相關工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、上海市揚帆計劃、中國科學院青年創新促進會的支持。

       中國科學院上海光學精密機械研究所成立于1964年5月，是我國建立最早、規模最大的激光科學技術專業研究所。發展至今，已形成以探索現代光學重大基礎及應用基礎前沿、發展大型激光工程技術并開拓激光與光電子高技術應用為重點的綜合性研究所。研究所重點學科領域為：強激光技術、強場物理與強光光學、空間激光與時頻技術、信息光學、量子光學、激光與光電子器件、光學材料等。
 

　　圖1(a)表面壓強分布與中頻誤差的關系。(b)不同路徑間隔中轉速比與中頻誤差的關系。
 

　　圖2 (a)不同瓣數的表面壓強分布與轉速比耦合作用原理。(b)不同瓣數的表面壓強分布與轉速比耦合作用對中頻誤差的影響。
 

圖3 實驗與仿真的對比圖。