近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光元件技術(shù)與工程部研究團(tuán)隊(duì)，在數(shù)字化子孔徑拋光系統(tǒng)誤差感知提取與補(bǔ)償方面取得重要進(jìn)展。研究首次提出了基于數(shù)據(jù)集與小波變換的方式對(duì)系統(tǒng)誤差進(jìn)行多尺度提取與精確補(bǔ)償。相關(guān)研究成果以“Data-based systematic error extraction and compensation methods based on wavelet transform in ultra-precision optical polishing” 為題發(fā)表在Optics Letters。

隨著現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大型光學(xué)系統(tǒng)如大型空間望遠(yuǎn)鏡、高功率激光系統(tǒng)以及光刻照明與投影曝光系統(tǒng)等對(duì)各類(lèi)光學(xué)元件表面質(zhì)量及產(chǎn)能有著極高的要求。然而數(shù)字化子孔徑拋光制造過(guò)程中誤差來(lái)源復(fù)雜，難以通過(guò)物理建模進(jìn)行補(bǔ)償，系統(tǒng)拋光誤差的存在很難滿足光學(xué)元件低成本、高精度和高效率的制造要求。

研究人員提出了一種基于數(shù)據(jù)集的系統(tǒng)誤差提取和補(bǔ)償方案，用于提高光學(xué)元件的拋光精度。為了在小數(shù)據(jù)集條件下最大限度減小系統(tǒng)誤差提高提取質(zhì)量，在提取過(guò)程中引入了小波變換多尺度提取技術(shù)，并通過(guò)L1范數(shù)優(yōu)化解決了干涉儀相對(duì)檢測(cè)問(wèn)題帶來(lái)的系統(tǒng)誤差提取不確定性問(wèn)題。研究人員使用了兩個(gè)典型的誤差源（邊緣拋光液損失造成的邊緣誤差和工業(yè)機(jī)器人軌跡誤差）來(lái)驗(yàn)證所提出方案的有效性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)邊緣補(bǔ)償后，?85 mm反射鏡面形的均方根值（RMS）從0.069λ降低到0.017λ，610×440 mm傳輸反射鏡表面面形的RMS達(dá)到0.019λ，拋光精度提高4倍以上；經(jīng)過(guò)工業(yè)機(jī)器人軌跡誤差補(bǔ)償后，有效孔徑為480×360mm的傳輸反射鏡表面面形的RMS達(dá)到0.011λ，拋光精度提高2倍以上。此外，文章提到的誤差提取與補(bǔ)償方法也適用于其他類(lèi)型系統(tǒng)誤差。該研究成果對(duì)超精密光學(xué)元件高效確定性制造有重要的價(jià)值。

相關(guān)工作得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市啟明星揚(yáng)帆計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)的支持。

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圖1 (a) 初始面型1；(b)加工初始面形1后產(chǎn)生的邊緣誤差示意圖；(c) 初始面型2; (d)加工初始面形2后產(chǎn)生的工業(yè)機(jī)器人軌跡誤差示意圖；

圖2 ?85 mm反射鏡邊緣誤差提取與補(bǔ)償結(jié)果。

圖3 610×440 mm傳輸反射鏡邊緣誤差提取與補(bǔ)償結(jié)果。

圖4 有效孔徑480×360mm傳輸反射鏡工業(yè)機(jī)器人軌跡誤差提取與補(bǔ)償結(jié)果。