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基于轻量化校准反射镜的旋转平移干涉绝对检验技术

第五蔻蔻 高志山 刘威剑 车啸宇 马燚岑 范筱昕 袁群

第五蔻蔻, 高志山, 刘威剑, 车啸宇, 马燚岑, 范筱昕, 袁群. 基于轻量化校准反射镜的旋转平移干涉绝对检验技术[J]. 应用光学, 2023, 44(1): 122-127. doi: 10.5768/JAO202344.0103002
引用本文: 第五蔻蔻, 高志山, 刘威剑, 车啸宇, 马燚岑, 范筱昕, 袁群. 基于轻量化校准反射镜的旋转平移干涉绝对检验技术[J]. 应用光学, 2023, 44(1): 122-127. doi: 10.5768/JAO202344.0103002
DIWU Koukou, GAO Zhishan, LIU Weijian, CHE Xiaoyu, MA Yicen, FAN Xiaoxin, YUAN Qun. Absolute test technology for rotation and translation interference based on lightweight calibration mirror[J]. Journal of Applied Optics, 2023, 44(1): 122-127. doi: 10.5768/JAO202344.0103002
Citation: DIWU Koukou, GAO Zhishan, LIU Weijian, CHE Xiaoyu, MA Yicen, FAN Xiaoxin, YUAN Qun. Absolute test technology for rotation and translation interference based on lightweight calibration mirror[J]. Journal of Applied Optics, 2023, 44(1): 122-127. doi: 10.5768/JAO202344.0103002

基于轻量化校准反射镜的旋转平移干涉绝对检验技术

doi: 10.5768/JAO202344.0103002
基金项目: 国家重点研发计划(2019YFB2005500);国家自然科学基金(62175107,U1931120);江苏省六大人才高峰项目(RJFW-019);中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室基金(KLOMT190201);上海在线检测与控制技术重点实验室基金(ZX2021102)
详细信息
    作者简介:

    第五蔻蔻(1997—),女,硕士研究生,主要从事精密光学测量技术研究。E-mail:dwkkty88@163.com

    通讯作者:

    袁群(1986—),男,博士,博士生导师,主要从事先进系统光学设计、光干涉精密测试技术研究。E-mail:yuanqun@njust.edu.cn

  • 中图分类号: TN214;O436

Absolute test technology for rotation and translation interference based on lightweight calibration mirror

  • 摘要: 光学干涉绝对检验技术能够实现参考面和待测面面形的有效分离,是对干涉仪进行精度标定的有效手段。面向大口径平面干涉仪的校准需求,旋转平移法仅需一块透射平晶和一块反射平晶,避免了额外加工第3块平晶的成本和难度。但随着口径的增大,自重和支撑使得反射平晶在平移和旋转多种状态下的变形较大,继而影响绝对检验精度。提出设计轻量化的校准反射镜作为反射平晶,采用旋转平移法实现大口径干涉仪的绝对检验。以Φ 1 500 mm平面干涉仪作为标定需求,采用碳化硅作为校准反射镜材料,以三角形轻量化结构和6点背部支撑方式进行轻量化设计,控制其质量仅为93 kg,支撑和重力引入的面形变形PV值为9.75 nm。将变形面形叠加至PV值λ/4、不同分布的加工面形进行旋转平移绝对检验仿真计算,对旋转对称程度低且包含较多高频成分的面形,检验精度为λ/30;而对分布平滑对称的面形,检验精度可达到λ/50。因此,为了实现对于大口径平面干涉仪λ/50精度的标定目标,要求碳化硅校准反射镜加工面形PV值低于λ/4,尽量避免高频成分,旋转对称程度高。
  • 图  1  轻量化网格

    Fig.  1  Schematic diagram of lightweight grid

    图  2  背部3点支撑轻量化设计仿真

    Fig.  2  Lightweight design simulation with three-point back support

    图  3  背部6点支撑轻量化设计仿真

    Fig.  3  Lightweight design simulation with six-point back support

    图  4  碳化硅校准反射镜

    Fig.  4  SiC calibration mirror

    图  5  3种典型面形及其中高频信息

    Fig.  5  Three typical surface shapes and medium-high frequency information

    图  6  不引入支撑和重力作用变形的旋转平移法仿真

    Fig.  6  Simulation of rotation and translation method without support and gravity deformation

    图  7  引入支撑和重力作用变形的旋转平移法仿真

    Fig.  7  Simulation of rotation and translation method with support and gravity deformation

    表  1  轻量化网格理论分析对比

    Table  1  Comparison of lightweight grid theory analysis

    三角形六边形圆形
    单个网格空心面积$A$ $\dfrac{{\sqrt 3 }}{4}{D^2}$ $\dfrac{{\sqrt 3 }}{2}{D^2}$ $\dfrac{\pi }{4}{D^2}$
    空间栅格面积$S$ $ \dfrac{3\sqrt{3}}{2}(1+\alpha {)}^{2}{D}^{2} $ $\dfrac{{\sqrt 3 }}{4}{(1 + \alpha )^2}{D^2}$ $\dfrac{{\sqrt 3 }}{4}{(1 + \alpha )^2}{D^2}$
    筋的面积${S_{{R} } }$ $ \dfrac{3\sqrt{3}}{2}(1+\alpha {)}^{2}{D}^{2} $ $\dfrac{{\sqrt 3 }}{2}\alpha {D^2} + \dfrac{{\sqrt 3 }}{4}{\alpha ^2}{D^2}$ $\dfrac{{\sqrt 3 }}{4}{(1 + \alpha )^2}{D^2} - \dfrac{\pi }{8}{D^2}$
    筋的分布率$R$ $1 - \dfrac{1}{{{{(1 + \alpha )}^2}}}$ $1 - \dfrac{1}{{{{(1 + \alpha )}^2}}}$ $1 - \dfrac{\pi }{{2\sqrt 3 }}\dfrac{1}{{{{(1 + \alpha )}^2}}}$
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  • [1] GENSEMER S, GROSS M. Figuring large optics at the sub-nanometer level: compensation for coating and gravity distortions[J]. Optics Express,2015,23(24):31171-31180. doi: 10.1364/OE.23.031171
    [2] SCHULZ G, SCHWIDER J, HILLER C, et al. Establishing an optical flatness[J]. Applied Optics,1971,10(4):929-934. doi: 10.1364/AO.10.000929
    [3] FRITZ B S. Absolute calibration of an optical flat[J]. Optical Engineering,1984,23(4):379-383.
    [4] AI C , WYANT C J. Absolute testing of flats decomposed to even and odd functions[C]. SPIE, 1992, 1776: 73-83.
    [5] HAN Z G, CHEN L, WULAN T Y, et al. The absolute flatness measurement of two aluminum coated mirrors based on the skip flat test[J]. Optik,2013,124(19):3781-3785. doi: 10.1016/j.ijleo.2012.10.065
    [6] XU C, YIN J, CHEN L. Method for absolute flatness measurement of optical surface[J]. Applied Optics,2009,48(13):2536-2541. doi: 10.1364/AO.48.002536
    [7] SCHULZ G, SCHWIDER J. Interferometric testing of smooth surfaces[J]. Progress in Optics,1976,13(3):126-132.
    [8] 李宗轩, 金光, 张雷, 等. 3.5 m 口径空间望远镜单块式主镜技术展望[J]. 中国光学,2014,7(4):552-541.

    LI Zongxuan, JIN Guang, ZHANG Lei, et al. Overview and outlook of monolithic primary mirror of spaceborne telescope with 3.5 m aperture[J]. Chinese Academy of Sciences,2014,7(4):552-541.
    [9] ROBERT S. Corning 7972 ULE material for segmented and large monolithic mirror blanks[J]. SPIE,2006,6273(627302):1-8.
    [10] RANDY R. Review of corning's capabilities for ULE mirror blank manufacturing for an extremely large telescope[J]. SPIE,2006,6273(627301):1-11.
    [11] DOHRING T. Heritage of zerodur glass ceramic for space applications[J]. SPIE,2009,7425(74250L):1-12.
    [12] 杨秉新. 空间相机用碳化硅(SiC)反射镜的研究[J]. 航天返回与遥感,2003,24(1):15-18. doi: 10.3969/j.issn.1009-8518.2003.01.003

    YANG Bingxin. Research of SiC reflection mirror for space camera[J]. Spacecraft Recovery and Remote Sensing,2003,24(1):15-18. doi: 10.3969/j.issn.1009-8518.2003.01.003
    [13] LOGUT D. Light weight monolithic silicon carbide telescope for space application[J]. SPIE,2005,5962(59621Q):1-12.
    [14] STEPHEN E K. Large aperture space telescope mirror fabrication trades[J]. SPIE,2008,7010(70102G):1-12.
    [15] 袁群, 高志山, 张聪旸, 等. 中频波面的旋转平移法干涉绝对检验[J]. 光学精密工程,2013,21(3):652-663. doi: 10.3788/OPE.20132103.0652

    YUAN Qun, GAO Zhishan, ZHANG Congyang, et al. Absolute interferometric testing of mid-spatial frequency wavefront by rotation and displacement technique[J]. Optics and Precision Engineering,2013,21(3):652-663. doi: 10.3788/OPE.20132103.0652
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-04-06
  • 修回日期:  2022-05-16
  • 网络出版日期:  2022-05-17
  • 刊出日期:  2023-01-17

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