光電所先進(jìn)光學(xué)研制中心趙文川副研究員與清華大學(xué)精密儀器系副教授、博士生導(dǎo)師黃磊研究組以及美國亞利桑那大學(xué)光學(xué)加工中心Daewook教授課題組在高精度自由曲面光學(xué)檢測技術(shù)領(lǐng)域開展緊密合作，并于近期在光學(xué)頂級期刊《Optics Letter》和《Optics Communications》上連續(xù)發(fā)表兩篇學(xué)術(shù)論文，首次報道了自由曲面自適應(yīng)精密測試技術(shù)，解決了自由曲面精密加工過程中難以實時高精密測試的固有難題，創(chuàng)建了復(fù)雜自由曲面的適配和搜索算法，大大提高了精密測試效率，為建立普適性復(fù)雜自由曲面精密測試提供了新穎可行的技術(shù)途徑。目前國內(nèi)外未見相關(guān)論文報道。

　　由于自由曲面的表面面形自由度更大，梯度更大，往往超出了傳統(tǒng)干涉測量的動態(tài)范圍，使得很難實現(xiàn)面形的高精度檢測，這給光學(xué)自由曲面的制造帶來很大困難，嚴(yán)重限制了光學(xué)自由曲面的發(fā)展與應(yīng)用。光電所與清華大學(xué)組成的聯(lián)合研究團(tuán)隊提出了一種全新的自由曲面檢測技術(shù)，采用大行程變形鏡作為面形補償元件，使用條紋反射測量技術(shù)實現(xiàn)高精度變形鏡的實時動態(tài)監(jiān)測與閉環(huán)控制，建立復(fù)雜自由曲面的面形自適應(yīng)搜索模型，研究高精度的系統(tǒng)誤差標(biāo)定技術(shù)，使得自由曲面能夠?qū)崟r快速檢測，基本原理如圖1所示。

　　圖2為檢測實驗現(xiàn)場圖，圖3為變形鏡產(chǎn)生第四項和第九項zernike面形時，DS得到的變形條紋圖和對變形鏡面形變化的檢測結(jié)果。實驗中被測件為一帶有像散的未知曲面，如圖4（a），其面形誤差超過了干涉儀的測量動態(tài)范圍，因此干涉儀無法獲得條紋而無法完成測量。基于該研究提出的測試裝置及SPGD自適應(yīng)搜索模型，在200秒左右就可獲得待測自由曲面的清晰條紋，如圖4（d）所示。這樣根據(jù)檢測硬件建立系統(tǒng)檢測模型，結(jié)合干涉檢測結(jié)果和條紋反射測量結(jié)果，通過面形匹配與系統(tǒng)誤差標(biāo)定技術(shù)，得到被測面的面形誤差，檢測結(jié)果如圖5所示。

　　由于此項技術(shù)對待測對象沒有特殊要求，所提出的測試裝置結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，因此具有較好的普適性。該工作對于光學(xué)自由曲面檢測技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

　　

　　圖1  基于變形鏡補償?shù)淖杂汕鏅z測原理 

　　（DS：條紋反射測量裝置，DM變形鏡）

　　 

　　圖2 檢測實驗現(xiàn)場圖 

　　

　　圖3 變形鏡產(chǎn)生第四項和第九項zernike面形時條紋反射系統(tǒng)測量結(jié)果 

　　

　　圖4 干涉儀條紋圖(a)未迭代搜索前條紋， 

　　（b）（c）迭代搜索1、2次后的條紋，（d）搜索完成后的條紋 

　　

　　圖5 檢測結(jié)果（a）直接采用干涉儀的面形數(shù)據(jù)，（b）DM變形補償后的干涉 

　　儀面形數(shù)據(jù)，（c）DS檢測變形鏡的結(jié)果，（d）系統(tǒng)誤差標(biāo)定后的最終結(jié)果