Комплекс прецизионных методов и устройств контроля оптических элементов и многокомпонентных центрированных систем на основе осевых синтезированных голограмм

• Автор: Лукин, Анатолий Васильевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 307 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

РАЗДЕЛ 1. ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА

ОСЕВЫХ СИНТЕЗИРОВАННЫХ ГОЛОГРАММНЫХ ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ (СГОЭ)

1.1. Состояние проблемы к началу постановки настоящей работы

1.2. Физическая сущность и базовые положения нового метода синтеза осевых голограмм
1.3. Осевая голография - ступенчатая аппроксимация голографической интерференционной структуры с осевой симметрией

1.4. Гармонический анализ осевых бинарных голограмм

1.5. Бинарные голограммы с "несущей"

1.6. Дифракционная эффективность и отношение сигнал/фон бинарных голограмм с «несущей»

1.7. Многоуровневые СГОЭ (киноформы)

1.8. Спектральная рабочая область СГОЭ: возможности ее "расширения" и "сжатия"
1.8.1. Расширение спектральной рабочей области
1.8.2. Сжатие спектральной рабочей области
1.8.3. Возможность коррекции хроматических аберраций центрированных оптических систем
1.9. Уравнение круговой и линейной бинарной голограммы
1.10. Функция рассеяния и качество изображения, формируемого осевым СГОЭ
1.11. Выводы

РАЗДЕЛ 2. ИЗГОТОВЛЕНИЕ, КОНТРОЛЬ И ТИРАЖИРОВАНИЕ СГОЭ.
2Л. Основные принципы и этапы технологического процесса изготовления осевых СГОЭ
2.2. Функциональная схема круговой делительной машины; действующий макет и экспериментальный образец
2.3. Формирование рельефной структуры ступенчатой мастер-голограммы
2.3.1. Метод многократного избирательного удаления слоев
2.3.2. Метод непосредственного формирования рельефной структуры в материале подложки (“мокрое” и “сухое” исполнение)
2.3.3. Применение фотошаблонов
2.4. Аттестация СГОЭ
2.5. Тиражирование СГОЭ
2.6. Выводы
РАЗДЕЛ 3. КОНТРОЛЬ АСФЕРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КРУГОВЫХ И ЛИНЕЙНЫХ СГОЭ В КАЧЕСТВЕ ОПТИЧЕСКИХ КОМПЕНСАТОРОВ
3.1. Выбор, анализ и построение принципиальных оптических контрольных схем
3.1.1. Варианты осевых контрольных схем с СГОЭ
3.1.2. Методика «тонкой» юстировки контрольных схем с круговым СГОЭ: юстировочные концентрические голограммы
3.2. Результаты экспериментальных исследований
3.2.1. Голографическая установка

3.2.2. Голографический контроль при наличии образцовых оптических элементов; двухдлинноволновая голографическая интерферометрия
3.2.3. Контроль с помощью круговых СГОЭ
3.2.4. Применение линейных СГОЭ
3.2.5. Контроль с использованием высших порядков дифракции
3.2.6. Методика коррекции дефектов оптических элементов и погрешностей юстировки голографического интерферометра с СГОЭ
3.2.7. Анализ влияния отклонений параметров схемы контроля от расчетных значений
3.3. Контроль выпуклых асферических поверхностей на основе использования СГОЭ и обращения волнового фронта
3.4. Выводы
РАЗДЕЛ 4. КОМПЛЕКС ПРЕЦИЗИОННЫХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ И ЦЕНТРИРОВАННЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ СГОЭ
4.1. Физическое моделирование аберраций оптических элементов и центрированных оптических систем
4.2. Интерферометр радиального сдвига на основе СГОЭ
4.2.1. Принцип действия
4.2.2. Анализ схемы интерферометра
4.2.3. Влияние продольных и поперечных смещений контролируемой поверхности
4.2.4. Результаты экспериментальных исследований

применения осевых голограмм (см., напр., [54, 55, 56])
Интересно отметить, что в составе авторов одной из первых зарубежных публикаций, в которой также была рассмотрена возможность и отмечена целесообразность реализации осевых голографических интерферометров и круговых синтезированных голограмм, был У. Ьойтапп [54].
Априорным аргументом в пользу постановки этих работ явилось то очевидное на первый взгляд обстоятельство, что подавляющее большинство оптических поверхностей обладают свойством осевой симметрии, так как могут быть получены путем либо вращения заданного аналитически отрезка дуги вокруг некоторой оси (сферические, конические, асферические поверхности вращения любого порядка), либо ее поворота на определенный угол (торические, цилиндрические, "внеосевая" асферика). Этим же свойством обладает и большая часть известных многокомпонентных центрированных оптических систем.
Таким образом, назначение синтезированных голограммных оптических элементов состоит в том, чтобы преобразовывать простые (плоские или сферические) исходные волновые фронты в более сложные - асферические, заданные аналитически. При этом и те и другие обладают свойством осевой симметрии. Именно этим обстоятельством и обусловлена чрезвычайная простота расчета осевых СГОЭ по сравнению с внеосевыми: достаточно выполнить вычисления лишь для одного (радиального) сечения голограммы. Благодаря этой особенности существенно упрощается и решение проблемы разработки аппаратуры для их изготовления.
Все это открыло реальную возможность синтеза СГОЭ, удовлетворяющих большинству требований для этого класса элементной базы оптического приборостроения (см. раздел 3):
- наибольший световой диаметр, не менее 200 мм;
- наибольшая пространственная частота, более 103 мм'1;
- погрешность формирования заданной волновой поверхности, не хуже 0,1 Я;
- высокая дифракционная эффективность, до 0,95 энергии в рабочем порядке