一种拼接主镜共相误差检测方法、系统及储存介质技术方案

本发明专利技术涉及一种拼接主镜共相误差检测方法、系统及储存介质。克服现有检测方法在使用过程中存在的局限性。方法包括：首先，在待检测反射式拼接主镜型望远镜系统的焦点之后及的位置放置待测样品与面阵探测器，入射的平行光束经过待检测反射式拼接主镜型望远镜系统后形成会聚光束，入射至待测样品表面；然后，控制待测样品进行扫描移动，并由面阵探测器采集待测样品在不同扫描位置的衍射光斑；然后，利用叠层衍射成像技术同时计算出待测样品的复振幅透过率及其表面的照明光场分布；最后，进行光场逆传输计算得出拼接主镜光瞳面的相位分布，获取各拼接子镜之间的共相误差信息。系统包括待测样品、面阵探测器及计算机。面阵探测器及计算机。面阵探测器及计算机。

【技术实现步骤摘要】
一种拼接主镜共相误差检测方法、系统及储存介质


[0001]本专利技术涉及一种拼接主镜共相误差检测方法，具体涉及一种拼接主镜共相误差检测方法、系统及储存介质。

技术介绍

[0002]为了追求更高的集光能力和成像分辨率，近年来望远镜的口径不断增大。拼接主镜的概念提出后，突破了传统单口径望远镜镜面加工技术的局限，有效降低了加工成本与制造难度，使得超大口径望远镜成为可能。为使拼接主镜型望远镜系统实现衍射极限成像，达到等同于口径单镜的性能，其关键在于各个拼接子镜之间共相误差的检测与校正问题。
[0003]每个拼接子镜包括六个自由度的位置误差，其中对成像质量影响最大的为各拼接子镜之间的piston误差与倾斜误差，即共相误差。现有的共相误差检测方法主要有：四棱锥检测法、宽窄带夏克哈特曼法、干涉法、色散条纹法等。但上述方法在使用过程中均存在一定的局限性，如四棱锥检测法的高精度锥点角加工难度大、顶点对准过程较难实现；宽窄带夏克哈特曼法操作困难，光路复杂，仅适用于piston误差；干涉法需要参考光束；色散条纹法需要较大靶面的探测器，存在条纹抖动问题并且也只能检测piston误差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种易于操作、光路简单、检测精度高的基于叠层衍射成像的拼接主镜共相误差检测方法、系统及存储介质，克服现有检测方法在使用过程中存在的局限性，实现大口径、多子镜之间非连续表面共相误差检测，达到同时对多个子镜间的piston误差和倾斜误差进行高精度检测的目的。
[0005]本专利技术的构思是：叠层衍射成像（Ptychography）技术（参见J, R, Fienup. Phase retrieval algorithms: a comparison[J]. Applied Optics, 1982, 21(15)），其基本思路为：记录已知照明光透过待测样品后的远场衍射光斑，通过光斑记录面与待测样品面之间的反复迭代计算，可在已知振幅强度的条件下得到唯一的相位解，从而得到待测样品的相位信息。
[0006]2009年，Maiden等对PIE算法（Ptychographic Iterative Engine）算法（参见Rodenburg J M, Faulkner H. A phase retrieval algorithm for shifting illumination[J]. Applied Physics Letters, 2004, 85(20):4795
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4797）方法进行改进，提出了可以同时恢复照明光和待测样品分布的extended
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PIE（ePIE）算法（参见Maiden A M, Rodenburg J M. An improved ptychographical phase retrieval algorithm for diffractive imaging[J]. Ultramicroscopy, 2009, 109(10):1256
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1262），可以在照明光与待测样品都未知的情况下，分别赋予照明光与待测样品初始猜测值，并在迭代计算过程中对照明光和待测样品进行同时更新，从而同时恢复照明光与待测样品的复振幅信息。本专利技术方法将叠层衍射成像技术应用于拼接主镜的共相误差检测，由恢复的待测样品表面处照明光信息精确反演至拼接主镜面，从而获取各个拼接子镜之间的共相误差。
[0007]本专利技术采用的技术解决方案是提供一种拼接主镜共相误差检测方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：步骤1、在待检测反射式拼接主镜型望远镜系统的焦点之后的位置放置待测样品，待测样品表面垂直于光轴；在待测样品之后距离焦点的位置处放置面阵探测器；步骤2、入射的平行光束经过待检测反射式拼接主镜型望远镜系统后形成会聚光束，入射至待测样品表面；步骤3、控制待测样品进行扫描移动，并由面阵探测器采集待测样品在不同扫描位置的衍射光斑；步骤4、利用叠层衍射成像技术同时计算出待测样品的复振幅透过率及其表面的照明光场分布；步骤5、进行光场逆传输计算得出拼接主镜光瞳面的相位分布，获取各拼接子镜之间的共相误差信息。
[0008]进一步地，步骤3具体为：控制待测样品在垂直于光轴方向的平面内做逐行逐列式的扫描移动，共扫描移动行列，包括个扫描位置，，相邻两个扫描位置的透光部分相互重叠；控制待测样品每扫描移动至一个扫描位置，控制面阵探测器采集待测样品在该扫描位置衍射光斑的光强分布数据；将面阵探测器所采集的待测样品在第个扫描位置衍射光斑的光强分布数据记为，其中，，为待检测反射式拼接主镜型望远镜系统在面阵探测器面上的坐标；所有扫描位置扫描完成后，面阵探测器采集得到一组衍射光斑的光强分布数据,,
…
,。
[0009]进一步地，步骤4具体为：步骤4.1、对待测样品的复振幅进行初始猜测：，其中为待检测反射式拼接主镜型望远镜系统在待测样品表面上的坐标；步骤4.2、对待测样品表面的照明光分布进行初始猜测：，其中为振幅猜测；步骤4.3、将待测样品的复振幅和表面的照明光分布做乘法，得到待测样品表面出射光场的复振幅分布：；步骤4.4、利用菲涅尔衍射变换将步骤4.3获得的待测样品表面出射光场的复振幅
分布传输至面阵探测器面，得到面阵探测器面的衍射光场分布：，其中代表菲涅尔衍射变换；步骤4.5、更新衍射光场分布：利用面阵探测器采集到的待测样品在第个扫描位置衍射光斑的光强分布数据替换经过菲涅尔衍射变换后衍射光场分布的振幅部分，并保持相位部分不变：；步骤4.6、将步骤4.5更新后的衍射光场分布逆传输至待测样品表面，得到新的待测样品表面出射光场的复振幅分布：，其中代表菲涅尔衍射逆变换；步骤4.7、由新的待测样品表面出射光场的复振幅分布分别更新待测样品的复振幅和待测样品表面的照明光分布；样品的复振幅和待测样品表面的照明光分布；样品的复振幅和待测样品表面的照明光分布；其中，和分别表示对应函数的共轭，和表示更新系数，取范围内的常数；为更新后的待测样品的复振幅，为更新后的待测样品表面的照明光分布；步骤4.8、在以上迭代过程中，将更新后的衍射光场分布与猜测的衍射光场分布之间的误差作为判定标准，若小于阈值，则执行步骤5，否则返回步骤4.3。
[0010]进一步地，步骤5具体为：步骤5.1、利用菲涅尔衍射传输将步骤4得到的待测样品表面的照明光分布逆传输至拼接主镜面，得到该平面的光场复振幅分布；步骤5.2、通过提取拼接主镜面光瞳函数的相位，获取各拼接子镜之间的piston误差和倾斜误差，最终实现拼接主镜共相误差检测。
[0011]进一步地，步骤3中相邻两个扫描位置透光部分的重叠率在60%~90%。
[0012]进一步地，步骤1中将待测样品固定在二维电动平移台上，步骤3中通过控制二维电动平移台，实现待测样品的扫描移动。
[0013]进一步地，步骤4.2中，在实际操作过程中，将面阵探测器移至待测样品所在的平
面，采集衍射图样作为振幅猜测，可以更准确及快速地恢复结果。
[0014本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种拼接主镜共相误差检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、在待检测反射式拼接主镜型望远镜系统的焦点之后的位置放置待测样品，待测样品表面垂直于光轴；在待测样品之后距离待检测反射式拼接主镜型望远镜系统焦点的位置处放置面阵探测器；步骤2、入射的平行光束经过待检测反射式拼接主镜型望远镜系统后形成会聚光束，入射至待测样品表面；步骤3、控制待测样品进行扫描移动，并由面阵探测器采集待测样品在不同扫描位置的衍射光斑；步骤4、利用叠层衍射成像技术同时计算出待测样品的复振幅透过率及其表面的照明光场分布；步骤5、进行光场逆传输计算得出拼接主镜光瞳面的相位分布，获取各拼接子镜之间的共相误差信息。2.根据权利要求1所述的拼接主镜共相误差检测方法，其特征在于，步骤3具体为：控制待测样品在垂直于光轴方向的平面内做逐行逐列式的扫描移动，共扫描移动行列，包括个扫描位置，，相邻两个扫描位置的透光部分相互重叠；待测样品每扫描移动至一个扫描位置，控制面阵探测器采集待测样品在该扫描位置衍射光斑的光强分布数据；将面阵探测器所采集的待测样品在第个扫描位置衍射光斑的光强分布数据记为，其中，，为待检测反射式拼接主镜型望远镜系统在面阵探测器面上的坐标；所有扫描位置扫描完成后，面阵探测器采集得到一组衍射光斑的光强分布数据,,
…
,。3.根据权利要求2所述的拼接主镜共相误差检测方法，其特征在于，步骤4具体为：步骤4.1、对待测样品的复振幅进行初始猜测：，其中为待检测反射式拼接主镜型望远镜系统在待测样品表面上的坐标；步骤4.2、对待测样品表面的照明光分布进行初始猜测：，其中为振幅猜测；步骤4.3、将待测样品的复振幅和表面的照明光分布做乘法，得到待测样品表面出射光场的复振幅分布：；
步骤4.4、利用菲涅尔衍射变换将步骤4.3获得的待测样品表面出射光场的复振幅分布传输至面阵探测器面，得到面阵探测器面的衍射光场分布：，其中代表菲涅尔衍射变换；步骤4.5、更新衍射光场分布：利用面阵探测器采集到的待测样品在第个扫描位置衍射光斑的光强分布数据替换经过菲涅尔衍射变换后衍射光场分布的振幅部分，并保持相位部分不变：；步骤4.6、将步骤4.5更新后的衍射光场分布逆传输至待测样品表面，得到新的待测样品表面出射光场的复振幅分布：，其中代表菲涅尔衍射逆变换；步骤4.7、由新的待测样品表面出射...

【专利技术属性】
技术研发人员：李创，李亮亮，赵惠，潘安，王虎，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：