【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本申請(qǐng)涉及紅外材料光學(xué)均勻性的，特別是一種基于模型計(jì)算的紅外材料光學(xué)均勻性檢測(cè)方法。
技術(shù)介紹
1、大口徑紅外材料在空間光學(xué)遙感器中的應(yīng)用日益廣泛，其光學(xué)均勻性是影響光學(xué)遙感器成像質(zhì)量的重要因素。采用高均勻性的紅外材料，或者通過(guò)對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)從而補(bǔ)償紅外材料光學(xué)均勻性的影響是保證遙感器質(zhì)量的重要手段。因此，大口徑紅外材料光學(xué)均勻性的高精度檢測(cè)是十分重要的。
2、目前國(guó)內(nèi)外用于光學(xué)材料光學(xué)均勻性檢測(cè)的方法主要有貼置板法、四步干涉法、平行平板法等。其中貼置板法適用于小口徑材料的光學(xué)均勻性測(cè)量，并且該方法無(wú)法校正測(cè)量設(shè)備的系統(tǒng)誤差。利用波長(zhǎng)調(diào)諧移相干涉儀測(cè)量平行平板光學(xué)均勻性的方法，只適用于可見(jiàn)光材料的平行平板樣品，無(wú)法檢測(cè)帶有楔角的平板材料。另外上述這些方法都需要與平板樣品口徑相當(dāng)?shù)钠矫娌ǜ缮鎯x。由于目前國(guó)內(nèi)外缺少大口徑紅外平面干涉儀，大口徑紅外材料的均勻性測(cè)量方法往往是通過(guò)在球面波紅外干涉儀的測(cè)試光路中增加額外的擴(kuò)束系統(tǒng)，構(gòu)成大口徑準(zhǔn)直波前檢測(cè)光路。額外的擴(kuò)束系統(tǒng)極大地增加了檢測(cè)成本，并且需要對(duì)擴(kuò)束系統(tǒng)進(jìn)行高精度裝調(diào)與標(biāo)定，使得檢測(cè)系統(tǒng)更加復(fù)雜。另外一種光學(xué)均勻性檢測(cè)光路是采用非準(zhǔn)直光干涉測(cè)量的方式。直接通過(guò)紅外球面波干涉儀的測(cè)試臂輸出球面波，經(jīng)過(guò)平板樣品，再經(jīng)過(guò)球面反射鏡后原光路返回，形成干涉。該方法雖然能夠獲得平板樣品光學(xué)均勻性對(duì)球面波的影響，但沒(méi)有考慮球面波在平板樣品內(nèi)的傳播特性。并且平板樣品的表面面形會(huì)與折射率分布相互耦合，需要額外的大干涉儀對(duì)樣品表面面形進(jìn)行檢測(cè)，增加了檢測(cè)成本。
1、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N基于模型計(jì)算的紅外材料光學(xué)均勻性檢測(cè)方法，采用非準(zhǔn)直光干涉測(cè)量技術(shù)、光線追跡模型計(jì)算技術(shù)和迭代優(yōu)化計(jì)算技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，可用于大口徑紅外材料的均勻性檢測(cè)，在紅外空間光學(xué)遙感器的優(yōu)化設(shè)計(jì)與檢測(cè)中有著重要的應(yīng)用。
2、第一方面，提供了一種基于模型計(jì)算的紅外材料光學(xué)均勻性檢測(cè)方法，包括：
3、搭建均勻性檢測(cè)平臺(tái)進(jìn)行檢測(cè)，包括對(duì)平板樣品進(jìn)行材料前后表面面形檢測(cè)、透射波前檢測(cè)，并進(jìn)行干涉空腔檢測(cè)；
4、采用zemax軟件，建立檢測(cè)平板樣品透射波前的光線追跡模型，并根據(jù)均勻性檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行仿真；
5、根據(jù)干涉空腔檢測(cè)結(jié)果和光線追跡模型仿真結(jié)果，對(duì)平板樣品的材料光學(xué)均勻性分布h進(jìn)行迭代求解。
6、結(jié)合第一方面，在第一方面的某些實(shí)現(xiàn)方式中，所述均勻性檢測(cè)平臺(tái)包括球面波干涉儀、平板樣品、標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡；
7、在平板樣品表面面形斜入射檢測(cè)光路中，球面波干涉儀發(fā)射的光經(jīng)平板樣品的表面反射后射入標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡反射后再射入平板樣品的表面，并返回至球面波干涉儀；
8、在干涉空腔的檢測(cè)光路中，反射鏡的球心與干涉儀的焦點(diǎn)相重合；
9、在平板樣品的透射波前檢測(cè)光路中，球面波干涉儀發(fā)射的光穿過(guò)平板樣品射入標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡反射后再次穿過(guò)平板樣品，并返回至球面波干涉儀；
10、結(jié)合第一方面，在第一方面的某些實(shí)現(xiàn)方式中，所述均勻性檢測(cè)包括：
11、將平板樣品表面的法線方向與球面波干涉儀的光軸方向成θ角放置，標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡的球心與干涉儀的焦點(diǎn)相重合；先對(duì)平板樣品的前表面a進(jìn)行面形檢測(cè)，獲得測(cè)量結(jié)果w1；再將平板樣品翻轉(zhuǎn)180°，對(duì)其后表面b進(jìn)行面形檢測(cè)，獲得測(cè)量結(jié)果w2；
12、移出平板樣品，搭建干涉空腔的檢測(cè)光路；將標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡的球心與干涉儀的焦點(diǎn)相重合，進(jìn)行干涉空腔檢測(cè)，獲得測(cè)量結(jié)果w3；
13、將平板樣品置于檢測(cè)光路中，搭建平板樣品的透射波前檢測(cè)光路，對(duì)平板樣品的透射波前進(jìn)行測(cè)量，獲得測(cè)量結(jié)果wt。
14、結(jié)合第一方面，在第一方面的某些實(shí)現(xiàn)方式中，θ角為30°～60°。
15、結(jié)合第一方面，在第一方面的某些實(shí)現(xiàn)方式中，在光線追跡模型中，平板樣品的前表面面形數(shù)據(jù)wa為：
16、
17、在光線追跡模型中，平板樣品的后表面面形數(shù)據(jù)wb為：
18、
19、其中，d表示平板樣品被測(cè)表面到干涉儀1焦點(diǎn)的距離，θ表示平板樣品x和y表示測(cè)量結(jié)果的歸一化坐標(biāo)。
20、結(jié)合第一方面，在第一方面的某些實(shí)現(xiàn)方式中，將平板樣品的材料光學(xué)均勻性分布h用zernike多項(xiàng)式表征為其中zi(x,y)表示第i項(xiàng)zernike多項(xiàng)式，ai表示zernike多項(xiàng)式的各項(xiàng)系數(shù)。
21、結(jié)合第一方面，在第一方面的某些實(shí)現(xiàn)方式中，對(duì)平板樣品的材料光學(xué)均勻性分布h進(jìn)行迭代求解，包括：
22、根據(jù)平板樣品的材料光學(xué)均勻性分布由zemax中的光線追跡模型計(jì)算得到圖2(d)所示光路下的平板樣品透射波前為wm，通過(guò)改變的多項(xiàng)式系數(shù)ai，以改變光線追跡模型結(jié)果wm，當(dāng)光線追跡模型結(jié)果wm與平板樣品的透射波前檢測(cè)結(jié)果wt的差值滿足小于設(shè)定值ε時(shí)，結(jié)束循環(huán)迭代。
23、結(jié)合第一方面，在第一方面的某些實(shí)現(xiàn)方式中，采用并行梯度下降算法，同時(shí)對(duì)各項(xiàng)系數(shù)進(jìn)行迭代優(yōu)化；ai迭代過(guò)程滿足：
24、a(n+1)(n+1,i)＝a(n)(n,i)-α·δ(j)·δ(a)
25、δ(j)＝std(wm(a(n)+δ(a))-wt)-std(wm(a(n)-δ(a))-wt)
26、α為迭代系數(shù)；δ(a)為ai系數(shù)的隨機(jī)變量，為0～1的隨機(jī)數(shù)；std表示對(duì)波前數(shù)據(jù)求均方根值。
27、結(jié)合第一方面，在第一方面的某些實(shí)現(xiàn)方式中，α取值為0.1～0.2。
28、結(jié)合第一方面，在第一方面的某些實(shí)現(xiàn)方式中，平板樣品的材料光學(xué)均勻性滿足要求，包括：
29、h的絕對(duì)值小于第一預(yù)設(shè)閾值；
30、z4～z10的系數(shù)的絕對(duì)值均小于第二預(yù)設(shè)閾值。
31、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)?zhí)峁┑姆桨钢辽侔ㄒ韵掠幸婕夹g(shù)效果：
32、本專利技術(shù)采用非準(zhǔn)直光干涉測(cè)量紅外材料的光學(xué)均勻性，通過(guò)非準(zhǔn)直光斜入射獲得待測(cè)材料的表面面形，再通過(guò)迭代計(jì)算獲得材料的光學(xué)均勻性數(shù)學(xué)表達(dá)式。解決了大口徑紅外材料光學(xué)均勻性檢測(cè)困難與依賴大口徑平面干涉儀的問(wèn)題，解決了非準(zhǔn)直光檢測(cè)材料光學(xué)均勻性時(shí)材料面形誤差與光學(xué)均勻性耦合的問(wèn)題。本專利技術(shù)對(duì)不同口徑、不同楔角平板材料的均勻性檢測(cè)具有普適性，在大口徑紅外材料光學(xué)均勻性的檢測(cè)中具有高精度、檢測(cè)光路簡(jiǎn)單、檢測(cè)成本低等優(yōu)勢(shì)。
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1.一種基于模型計(jì)算的紅外材料光學(xué)均勻性檢測(cè)方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述均勻性檢測(cè)平臺(tái)包括球面波干涉儀、平板樣品、標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述均勻性檢測(cè)包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，θ角為30°～60°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在光線追跡模型中，平板樣品的前表面面形數(shù)據(jù)WA為：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將平板樣品的材料光學(xué)均勻性分布H用Zernike多項(xiàng)式表征為其中Zi(x,y)表示第i項(xiàng)Zernike多項(xiàng)式，Ai表示Zernike多項(xiàng)式的各項(xiàng)系數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，對(duì)平板樣品的材料光學(xué)均勻性分布H進(jìn)行迭代求解，包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，采用并行梯度下降算法，同時(shí)對(duì)各項(xiàng)系數(shù)進(jìn)行迭代優(yōu)化；Ai迭代過(guò)程滿足：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，α取值為0.1～0.2。
10.根據(jù)權(quán)利要
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于模型計(jì)算的紅外材料光學(xué)均勻性檢測(cè)方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述均勻性檢測(cè)平臺(tái)包括球面波干涉儀、平板樣品、標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述均勻性檢測(cè)包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，θ角為30°～60°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在光線追跡模型中，平板樣品的前表面面形數(shù)據(jù)wa為：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將平板樣品的材料光學(xué)均勻性分布...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉威劍，黃陽(yáng)，呂瑋東，趙英龍，張生杰，王聰，牛錦川，宋俊儒，劉志遠(yuǎn)，金忠瑞，馬靜，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京空間機(jī)電研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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