一种基于CGH的凸面光栅检测系统技术方案

本申请公开一种基于CGH的凸面光栅检测系统。该系统的干涉仪中发出的测试光入射至所述第一CGH补偿器上；经第一CGH补偿器相位调制后，将其第一级次衍射光反射至待测凸面光栅；经待测凸面光栅衍射后，待测凸面光栅的工作级次衍射光反射至所述第二CGH补偿器；经第二CGH补偿器相位调制后，其第一级次衍射光的会聚点与标准球面反射镜的曲率中心重合；经标准球面反射镜后，测试光原路返回至所述干涉仪中。测试光与参考光发生干涉，干涉仪能够根据干涉条纹测量该光路的波像差；本申请具有结构简单、易于装调、光能利用率高、测量对象范围广的优点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于CGH的凸面光栅检测系统


[0001]本技术属于光学检测
，涉及一种凸面光栅检测系统。

技术介绍

[0002]成像光谱仪可用于获取目标场景的空间信息和光谱信息，具有图谱合一的特点，在对地遥感、机器视觉和目标识别等领域中获得了广泛的应用。成像光谱仪光学系统一般由前置系统和分光系统组成，其中分光系统是成像光谱仪的核心部分，决定着光谱性能。为了实现高的成像质量和紧凑的体积，分光系统常采用基于凸面光栅的Offner分光结构。如图1所示，该结构为全反射式结构，由主反射镜、凸面光栅和第三反射镜组成。
[0003]在Offner型成像光谱仪系统中，凸面光栅的性能会影响仪器的最终性能，需要对其周期、衍射效率以及波前质量等性能进行评估。然而受限于现有的检测方法和装置，目前常规的凸面光栅评估仅包含周期和衍射效率的测试，难以对其波前质量进行检测。“Design,fabrication,and testing of convex reflective diffraction gratings”中报道了两种凸面光栅的波前检测方法。第一种方法是利用0级光进行检测，存在的问题有：a)对于闪耀光栅，0级衍射光能量低，b)对于凸面光栅，0级光存在较大的像散。第二种方法是基于实际Offner分光结构进行波前检测，该方法存在的问题是测试结果中同时包含了系统的装调误差和元件加工误差，测试结果无法准确评估光栅的波前质量。另外，对于非球面、自由曲面光栅，其波前检测较常规的球面光栅难度更大。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，提供一种基于CGH(计算全息片)的凸面光栅检测系统。以提高光能利用率以及测量对象范围。
[0005]一种基于CGH的凸面光栅检测系统，包括干涉仪、第一CGH补偿器、第二CGH补偿器、标准球面反射镜；
[0006]干涉仪中发出的测试光入射至所述第一CGH补偿器上；
[0007]经第一CGH补偿器相位调制后，其第一级次衍射光反射至待测凸面光栅；
[0008]经待测凸面光栅衍射后，待测凸面光栅的工作级次衍射光反射至所述第二CGH补偿器；
[0009]经第二CGH补偿器相位调制后，其第一级次衍射光的会聚点与标准球面反射镜的曲率中心重合；
[0010]经标准球面反射镜后，测试光原路返回至所述干涉仪中。
[0011]测试光原路返回至所述干涉仪的光路具体为：光线经标准球面反射镜后先反射至第二CGH补偿器，然后第二CGH补偿器的第一级次衍射光反射至所述待测凸面光栅，经待测凸面光栅衍射后，待测凸面光栅的工作级次衍射光反射至所述第一CGH补偿器；最后第一CGH补偿器的第一级次衍射光反射回所述干涉仪中。
[0012]经标准球面反射镜后，测试光原路返回至所述干涉仪中，测试光与参考光发生干
涉，继而得到凸面光栅的波前信息。所述干涉仪能够根据测试光经过检测系统返回至干涉仪中得到的干涉条纹测量该光路的波像差。所述标准球面反射镜能够达到较高的面形精度，减小对检测精度的影响。
[0013]优选的：还包括第一空间滤波器；所述第一空间滤波器设置于所述标准球面反射镜的曲率中心位置。第一空间滤波器只让来自第一CGH补偿器的第一级次衍射光、待测凸面光栅的工作级次衍射光、第二CGH补偿器的第一级次衍射光通过。
[0014]优选的：还包括第二空间滤波器、所述第二空间滤波器设置于所述干涉仪的焦点位置。第二空间滤波器只让来自第一CGH补偿器的第一级次衍射光、待测凸面光栅的工作级次衍射光、第二CGH补偿器的第一级次衍射光通过。
[0015]优选的：所述第一CGH补偿器、第二CGH补偿器设置在同一块基板上。将其设置在同一块基板上可以减少元件数量，降低凸面光栅检测系统的装调难度。此外用光刻工艺在同一块基板上可同时制备第一CGH补偿器、第二CGH补偿器。
[0016]优选的：所述第一CGH补偿器、第二CGH补偿器均为二元光学面；以子午方向为Y轴，弧矢方向为X轴，以光轴方向为Z轴，所述二元光学面根据下面的XY多项式改变经过该面的波前相位：
[0017]Φ＝M(a1x1y0+a2x0y1+a3x2y0+a4x1y1+a5x0y2+a6x3y0+a7x2y1+a8x1y2+a9x0y3+
…
)；
[0018]M是衍射级次；a1至a9是单项式的系数，x为X轴上坐标，y为Y轴上坐标。
[0019]优选的整个系统关于YOZ平面对称，为此相位多项式中的x奇次项设置为0，优化过程中仅使用偶次项，最高幂次项为4次，优化的形式如下：
[0020]Φ＝M(a2x0y1+a3x2y0+a5x0y2+a7x2y1+a9x0y3+
…
)。
[0021]优选的：所述第一CGH补偿器、第二CGH补偿器的口径均不超过100mm。
[0022]此外，在上述一种基于CGH的凸面光栅检测系统的基础上，本技术还提出一种基于CGH的凸面光栅检测系统的设计方法，包括：
[0023]步骤1、先根据待测凸面光栅设计Offner光谱仪系统，所述的Offner光谱仪系统中狭缝处发出光入射至主反射镜，经主反射镜反射后入射至待测凸面光栅，经待测凸面光栅反射后入射至第三反射镜，经第三反射镜反射后成像至像面；
[0024]根据设计的Offner光谱仪系统确定基于CGH的凸面光栅检测系统的初始结构；
[0025]所述干涉仪的焦点与所述第一CGH补偿器的初始间距d1等于Offner光谱仪系统中狭缝与主反射镜的间距；
[0026]所述第一CGH补偿器与待测凸面光栅的初始间距d2等于Offner光谱仪系统中待测凸面光栅与主反射镜的间距；
[0027]待测凸面光栅与所述第二CGH补偿器的初始间距d3等于Offner光谱仪系统中待测凸面光栅与第三反射镜的间距；
[0028]所述第二CGH补偿器与会聚点的初始间距d4等于Offner光谱仪系统中第三反射镜与像面的间距；
[0029]步骤2、计算所述第一CGH补偿器的初始相位，使其第一级次衍射光反射至待测凸面光栅，光线完全充满凸面光栅的口径；计算所述第二CGH补偿器的初始相位，使其第一级次衍射光会聚到会聚点；
[0030]步骤3、设置所述第一CGH补偿器、第二CGH补偿器的相位为优化变量；
[0031]步骤4、执行优化，利用点列图与波像差作为像质评价，当像质满足设计要求时，输出基于CGH的凸面光栅检测系统的优化结构参数；
[0032]步骤5、在所述第二CGH补偿器的第一级次衍射光会聚点的后方设置所述标准球面反射镜；会聚点与标准球面反射镜的曲率中心重合，使入射至所述标准球面镜的测试光原路返回至所述干涉仪中。
[0033]步骤4的优化过程中注意：
[0034]优化时避免凸面光栅对干涉仪发出的测试光造成遮拦；
[0035]优化时避免凸面光栅对第二CGH补偿器的第一级次衍射光造成遮拦。
[0036]优选的：在步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于CGH的凸面光栅检测系统，其特征在于，包括：干涉仪、第一CGH补偿器、第二CGH补偿器及标准球面反射镜，所述干涉仪中发出的测试光入射至所述第一CGH补偿器上；经第一CGH补偿器相位调制后，其第一级次衍射光反射至待测凸面光栅；经待测凸面光栅衍射后，待测凸面光栅的工作级次衍射光反射至所述第二CGH补偿器；经第二CGH补偿器相位调制后，其第一级次衍射光的会聚点与标准球面反射镜的曲率中心重合；经标准球面反射镜后，测试光原路返回至所述干涉仪中。2.根据权利要求1所述的基于CGH的凸面光栅检测系统，其特征在于：还包括：第一空间滤波器，所述第一空间滤波器设置于所述标准球面反射镜的曲率中心位置。3.根据权利要求1或2所述的基于CGH的凸面光栅检测系统，其特征在于：还包括：第二空间滤波器，所述第二空间滤波器设置于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王慧全，陈新华，朱嘉诚，沈为民，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：新型
国别省市：