光学计量检测

徐德2010/12/08光学计量检测现代光学检测的重要性“Ifyoucan’tmeasureit,youcan’tmakeit”TheHubbleDisaster光学口径2.4米，轨道高度600km，造价近30亿美元，清晰度是地面天文望远镜的10倍以上。主镜磨错了l/20！发射前未进行整个系统的检测。一般应该用两种不同的方法对其进行检测，并获得一致结果。詹姆斯-韦伯空间望远镜口径:6.5米，由18块六角形镜片组成轨道高度：150万千米波段:红外线预定发射时间:2011年8月詹姆斯韦伯太空望远镜的目光将穿过130亿年的整个宇宙，去寻找早期恒星的踪迹。GMT–GiantMagellanTelescopeStewardObservatory,UniversityofArizonaconsistsofseven8.4msegments25metersacrosswithfocalratiof/0.714.5mmdeparturefromthenearestfittingsphereE-ELT:

TheEuropeanExtremelyLargeTelescope主镜的直径达42米，由约1000块直径1.4米的六边形子镜组成望远镜底部直径超过100米，高度超过80米，预计2018年投入使用这架望远镜将会像400年前的伽利略望远镜一样，给人们对于宇宙的认识带来革命性的影响。他们希望借助这架望远镜研究行星的诞生以及外太空是否存在外星人。LAMOST-大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜2001年9月正式开工，2008年10月落成。有效通光孔径4米，视场5度，光谱覆盖范围370-900nm我国最大的光学望远镜、世界上最大口径的大视场望远镜，也是世界上光谱获取率最高的望远镜，单次观测可同时获得3000多条天体光谱。采用薄镜面主动光学和拼接镜面主动光学技术，以新颖的构思和巧妙的设计突破了世界上光学望远镜大视场不能同时兼备大口径的瓶颈。紫外光刻技术—摩尔定律全靠它摩尔定律：Intel公司创始人之一GordonE.Moore预言的半导体产业发展规律：集成电路的集成度每三年增长4倍，特征尺寸每三年缩小倍。436nm，365nm，248nm，193nm，157nm，X射线，电子束紫外光刻（UltravioletLithography,UVL）深紫外光刻（DeepUltravioletLithography,DUVL）极紫外光刻（ExtremeUltravioletLithography,EUVL）电子束曝光（ElectronProjectionLithography）光刻机堪称现代光学工业之花，其制造难度之大，到现在全世界也不过极少数几家公司能够制造而已（ASML,Nikon,Cannon）光的认识—我们身边的光学现象光的电磁特性—电磁波谱可见光波段：0.38~0.78mm光的量子性普朗克-能量子假设爱因斯坦-光量子假设、光电效应、康普顿散射波粒二象性

物质波的应用：电子显微镜，中子显微镜，电子束曝光机等激光—Laser（镭射）LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation气体激光器（He-Ne，CO2，Ar+，N2，准分子，金属蒸气）固体激光器（Nd:YAG，钕玻璃，Nd:YVO4，Nd:YLF，钛蓝宝石等）半导体激光器（GaAs，CdS等）染料激光器自由电子激光器应用：激光加工、激光治疗、激光武器、激光测量、激光通信等激光工作物质泵浦源谐振腔泵浦源激光工作物质M1M2谐振腔激光输出理想光学系统在任意大的空间，以任意宽的光束都成完善像的光学系统共线成像理论：点对应点、直线对应直线、平面对应平面的成像变换关系波动光学解释：入射球面波（平面波为球面波的特殊情况）对应出射球面波完善成像像差球差彗差像散场曲畸变色差轴向色差倍率色差波像差光学元件波像差平面球面非球面自由面微结构光学干涉基本原理在两光波叠加的区域，某些点的振动始终加强，另一些点的振动始终减弱，形成在该区域稳定的光强强弱分布的现象，称为光的干涉现象。对于平面波：相干条件频率相同振动方向相同相位差恒定光程差不超过光波的波列长度空间相干性

光源尺寸决定相干空间时间相干性

光谱宽度决定相干长度光学干涉测量术（Interferometry）等厚干涉：同一级干涉条纹表示相同的光程差（OPD）相邻两亮（或暗）条纹间相差l/2光程差存在l/20波像差的干涉图牛顿干涉仪干涉图分析方法静态条纹分析法须确定条纹中心或条纹弯曲程度，精度有限用于分析的数据点较少，插值精度不高精度局限于l/10量级移相干涉术（PhaseShiftingInterferometry,PSI）采集多幅干涉图无须确定条纹中心对整个待测区域内所有数据点进行分析精度可达到l/1000以上典型干涉图像差分析？初级像差：典型干涉图像差分析—完善透镜无倾斜或离焦E=F=0(b)存在倾斜E=5,F=0(c)存在离焦D=5,E=0,F=0(d)存在倾斜和离焦

D=5,E=5,F=0典型干涉图像差分析—球差无倾斜E=F=0存在倾斜E=5,F=0paraxialfocusD=0mediumfocusD=AmarginalfocusA≠0,D≠0典型干涉图像差分析—彗差yE=-3E=0E=3F=3F=0F=-3B=5(D=0)沿不同方向存在倾斜x典型干涉图像差分析—像散xyE=-3E=0E=3F=3F=0F=-3C=2(D=0)沿不同方向存在倾斜综合像差任意干涉图分析法：测得干涉图中一系列点的位置坐标（x,y），以及各点所对应的干涉级次m；利用最小二乘法样条法进行插值。若波面比较平滑，可利用Zernike多项式将待测波面W(x,y)表示出来。球差+彗差(b)球差+像散(c)彗差+像散(B=5,D=2)(d)球差+彗差+像散斐索干涉仪（FizeauInterferometer）斐索干涉仪基本结构斐索干涉仪—