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申请/专利权人：南京理工大学

摘要：本发明公开了一种基于白光动态干涉的拼接镜共相检测方法，搭建白光泰曼‑格林动态干涉仪，使用精密电动位移台驱动参考镜对拼接镜进行扫描并记录各扫描位置四步移相干涉图，共相检测过程主要分为粗共相检测和精共相检测两个阶段，粗共相检测阶段通过消色差偏振移相方法获得不同扫描位置处对比度曲线，突破了干涉级次模糊对共相误差检测范围的限制；精共相检测阶段使用基于Zernike拟合分析的高精度拼接镜平移误差计算模型，以纳米级精度精确反馈共相误差。本发明在白光扫描干涉测量方法基础上进一步实现了消色散动态干涉测量，检测效率高，可实现大范围高精度检测，在拼接镜共相检测领域具有广阔应用前景。

主权项：1.一种基于白光动态干涉的拼接镜共相检测方法，其特征在于，步骤如下：步骤1、搭建白光泰曼-格林动态干涉仪：所述白光泰曼-格林动态干涉仪包括白光LED光源1、孔径光阑2、第一消色差透镜3、视场光阑4、第一消色差准直镜5、偏振片6、宽带偏振分光棱镜7、第一消色差14波片8、参考镜9、精密电动位移台10、第二消色差14波片11、第二消色差透镜13、第二消色差准直镜14、第三消色差14波片15、偏振相机16；共光轴依次设置的白光LED光源1、孔径光阑2、第一消色差透镜3、视场光阑4、第一消色差准直镜5、偏振片6、构成第一光路17；共光轴依次设置的宽带偏振分光棱镜7、第一消色差14波片8、参考镜9构成第二光路18，参考镜9设置在精密电动位移台10上；将第一拼接子镜12-1、第二拼接子镜12-2拼接后形成拼接镜主镜面12，将拼接镜主镜面12置于第二消色差14波片11的后方，共光轴依次设置的宽带偏振分光棱镜7、第二消色差14波片11、拼接镜主镜面12构成第三光路19；共光轴依次设置的第二消色差透镜13、第二消色差准直镜14、第三消色差14波片15、偏振相机16构成第四光路20，转入步骤2；步骤2、使用白光泰曼-格林动态干涉仪对第一拼接子镜12-1和第二拼接子镜12-2接缝处进行扫描检测并进行无色散移相，记录各扫描位置处的四步移相干涉图；转入步骤3；步骤3、进行粗共相检测，获得粗共相检测阶段平移误差；S3.1、根据第一拼接子镜12-1和第二拼接子镜12-2接缝处的四步移相干涉图，计算不同扫描位置处白光干涉对比度并绘制对比度曲线；根据白光干涉强度以及引入的附加相位求解得到白光干涉对比度；其中白光干涉强度表达式为： 式中Ip,φA表示白光干涉强度，I1、I2分别为白光泰曼-格林动态干涉仪第二光路18光强与第三光路19光强，p为白光泰曼-格林动态干涉仪第二光路18与第三光路19之间的光程差，Gp为白光干涉对比度，为白光光源中心波长，为待测相位，φA为附加相位；当φA依次取0，π2，π和3π2，解得白光干涉对比度Gp和干涉图相位分布 式中，常数理想情况下为1；表示干涉图的相位分布，Ip,φA表示白光干涉强度；S3.2、分别提取对比度曲线两个峰值点处的四步移相干涉图根据偏振移相原理获得两幅四步移相干涉图相位分布并进行Zernike拟合；偏振移相原理是在第四光路20中的偏振相机16内的微偏振阵列完成，微偏振阵列中有4种偏振单元，透振方向分别为0°，45°，90°和135°，相互正交的参考光和测试光经过第三消色差14波片15后生成圆偏振光透过后入射至偏振相机16中的微偏振阵列将同时生成4幅相位差为π2的移相干涉图，对上述移相干涉图进行解算，得到移相干涉图相位分布；S3.3、计算对比度曲线峰值点间距与峰值点处相位分布Zernike拟合结果平移项之差的和，得到粗共相检测平移误差PISTON：PISTON＝PTS2-PTS1+D,其中，PTS1为对比度曲线第一峰值处的四步移相干涉图各点相位分布进行Zernike拟合获得的第一拼接子镜12-1的平移项系数，PTS2为对比度曲线第二峰值处的四步移相干涉图各点相位分布进行Zernike拟合获得的第二拼接子镜12-2的平移项系数，D为根据不同位置的参考镜9绘制的对比度曲线的两个峰值点间距，转入步骤4；步骤4、判断粗共相检测阶段平移误差PISTON是否小于白光LED光源1中心波长的12，若小于，则转入步骤5；否则返回步骤2；步骤5、进行精共相检测，获得精共相检测阶段平移误差；S5.1、调节拼接子镜姿态直至两块拼接子镜的干涉条纹同时出现，并使两块拼接子镜的条纹数目和方向保持一致；S5.2、使用偏振相机16采集条纹数目和方向一致的两块拼接子镜的四步移相干涉图；S5.3、分别对采集的拼接镜主镜面12中的两个拼接子镜区域的干涉图添加对应大小相位掩膜，对不同区域干涉图进行解算并分别进行Zernike拟合；S5.4、根据拼接镜主镜面12中的不同拼接子镜相位分布Zernike拟合结果，通过高精度计算模型，获得精共相检测阶段平移误差；以第一拼接子镜12-1为基准，建立以第一拼接子镜12-1表面中心为原点O的坐标系，Q为第二拼接子镜12-2表面中心点，对第一拼接子镜12-1和第二拼接子镜12-2进行Zernike拟合，两块拼接子镜近似为平面，表达式为：W＝a+bx+cy式中，W为带有拼接子镜表面高度信息的波面，a为平移项系数，表示拼接子镜中心沿z轴方向到原点O的距离，b为x倾斜项的系数，c为y倾斜项的系数，相应的沿x轴的倾角θx为arctan2cR，沿y轴θy的倾角为arctan2bR，R为拼接子镜表面外接圆直径；解算精共相检测阶段平移误差piston： 式中，L是沿着拼接镜接缝的垂直方向的两个镜面的孔径大小，θx1表示第一拼接子镜12-1进行Zernike拟合后的y倾斜项系数的2倍与拼接镜表面外接圆直径比值的反正切值；θx2表示第二拼接子镜12-2进行Zernike拟合后的y倾斜项系数的2倍与拼接镜表面外接圆直径比值的反正切值；θy1表示第一拼接子镜12-1进行Zernike拟合后的x倾斜项系数的2倍与拼接镜表面外接圆直径比值的反正切值；θy2表示第二拼接子镜12-2进行Zernike拟合后的x倾斜项系数的2倍与拼接镜表面外接圆直径比值的反正切值；pts1是第一拼接子镜12-1的Zernike拟合结果平移项系数；pts2是第二拼接子镜12-2的Zernike拟合结果平移项系数，转入步骤6；步骤6、当精共相检测阶段平移误差满足共相精度要求时，完成检测，若未满足共相精度要求，则返回步骤5，直至平移误差满足精度要求。

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