计算全息非对称相位编码技术研究

摘要光学自由曲面在许多领域内都有重要应用，但其加工和检测都有很大的难度。计算全息元件 (CGH) 能够产生任意的满足需要的波前，用 CGH 作为补偿器件对自由曲面进行零位干涉测试具有很大的优势。本文首先介绍了自由曲面检测用振幅型，纯相位型以及简易相位型的 CGH 以及各自的加工制作工艺，包括掩模版制作，图形转印，以及基底刻蚀。然后针对 CGH 的加工工艺研究 CGH 的相位函数编码算法，从对 CGH 的相位函数为简单情况（如旋转对称型和具有一定的解析形式型）入手，进一步对 CGH 的相位函数为非对称型（自由曲面）的复杂情况研究了编码算法，并提出了相应的改进型算法。最后，研究了上述各种情况下 CGH 的图形编码误差对波前的影响。60458
毕业论文关键词计算全息技术相位编码光学自由曲面加工工艺编码误差
Title Title Title Title T he research on CGH asymmetric phase encodingtechnology
Abstract Abstract AbstractO ptical f ree-form surfaces have important application s in many areas , butbecause its processing and testing are quite difficult. Test ed by CGHfreeform has great advantage s compared to other methods, because the useof CGH can produce any shape to meet the needs of the wavefront shape. Thisthesis first ly describes the amplitude-type CGH, pure phase type CGH andsimple phase type CGH and their fabrication process, including photomasksproducing , graphics transfer ing , and substrate etching. Then, t h e thesisstudies the CGH encoding algorithm according to the processing technologyof CGH ,starting from the simple cases of CGH phase function(such asrotation symmetric and with certain analytical form type) , t h e thesisfurther discuss es the CGH encoding algorithm of the c omplex situations whenthe CGH phase function is asymmetric （ free-form surfaces ） ,and put forwardthe improved algorithm for this case . Finally, the thesis stud ies theeffects that CGH graphical encoding errors generated on the wavefront ofall above case s.
Keywords: CGH technology phase encoding optical free-form surfaceprocessing technology encoding error

1引言1

1.1计算全息技术检测光学自由曲面的应用背景.1

1.2利用计算全息技术检测光学自由曲面的基本原理.1

1.3本文的研究内容.3

1.4本章小结.4

2CGH的加工制作的研究...5

2.1CGH的分类及各自的特点6

2.2CGH的加工制作工艺7

2.2.1掩模版制作工艺..8

2.2.2图形转印工艺..9

2.2.3基底刻蚀工艺10

2.3本章小结...11

3CGH相位编码算法的研究.12

3.1CGH相位编码算法基本原理..12

3.2CGH相位编码算法..13

3.2.1旋转对称型的CGH相位函数.13

3.2.2具有一定的解析形式的CGH相位函数.15

3.2.3非对称型的CGH相位函数（自由曲面）.17

3.2.4非对称型的CGH相位函数（自由曲面）的改进型方法.21

3.3本章小结...22

4CGH的图形误差的影响的研究.23

4.1CGH的图形误差与产生波前的关系..23

4.2CGH的图形误差对产生波前的影响..24

4.2.1旋转对称型的CGH相位函数.24

4.2.2具有一定的解析形式的CGH相位函数.26

4.2.3非对称型的CGH相位函数（自由曲面）.29

4.3本章小结...31

结论32

致谢33

参考文献34
1 1 1 1 引言引言引言引言1.1 1.1 1.1 1.1 计算全息技术检测光学自由曲面的应用背景计算全息技术检测光学自由曲面的应用背景计算全息技术检测光学自由曲面的应用背景计算全息技术检测光学自由曲面的应用背景光学自由曲面没有较为严格的明确定义，一般情况下，我们所说的光学自由曲面即是球面和非球面以外的光学曲面，这种类型的曲面没有旋转对称性，其形式较为复杂。而对于更加一般的自由曲面，描述的时候通常在数学上使用解析的形式或者离散数据点的形式。光学自由曲面独特的光学特性使其在许多的光学系统中，例如在天文望远镜、头盔显示器，以及照明光学系统中，都有着非常重要的应用。但是，光学自由曲面的加工和检测过程相比于传统的光学元件来说也有较大的难度。传统光学元件的检测方法已经不适用于光学自由曲面的检测要求，所以对光学自由曲面测量技术的研究是目前光学测量领域的较为前沿的技术问题 [1]。源]自=751-^论-文"网·www.751com.cn/ 目前光学自由曲面的检测方法主要有三坐标机的方法、轮廓仪、光学干涉测量等方法。而目前常用的可用于自由曲面的干涉测量法主要有以下三种，分别为子孔径拼接技术，反射光栅摄影测量技术以及计算全息技术 [2]。计算全息技术（ CGH ）具有独特的波前变换作用 [3]，可根据需要产生任意形状的波前，已广泛的应用在非球面元件的零位检测中。相比较于其他的几种方法来说，计算全息技术的最大特点在于可以产生任意形状的波前，理论上可对任意形状的面形进行零位检测。另外，它还具有比较比较简单的结构以及装调过程，所以这种方法的应用得到逐步的发展与推广 [4,5]。 CGH 的加工能力及其精度的提高 [6]使得计算全息技术能够应用在更为复杂的场合，如相对孔径大、非球面度高、复杂的自由曲面面形 [7,8]。计算全息技术在自由曲面检测方面具有巨大的优势，所以使用计算全息技术（ CGH ）检测光学自由曲面还是十分必要的。检测复杂的非旋转对称型自由曲面也给 CGH 的加工和编码带来了巨大的挑战。计算全息非对称相位编码技术研究:http://www.751com.cn/wuli/lunwen_65933.html