近期，中科院上海光機所高功率激光元件技術與工程部研究團隊，在數(shù)字化子孔徑拋光系統(tǒng)誤差感知提取與補償方面取得重要進展。研究首次提出了基于數(shù)據(jù)集與小波變換的方式對系統(tǒng)誤差進行多尺度提取與精確補償。相關研究成果以“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)代光學技術的發(fā)展，大型光學系統(tǒng)如大型空間望遠鏡、高功率激光系統(tǒng)以及光刻照明與投影曝光系統(tǒng)等對各類光學元件表面質量及產能有著極高的要求。然而數(shù)字化子孔徑拋光制造過程中誤差來源復雜，難以通過物理建模進行補償，系統(tǒng)拋光誤差的存在很難滿足光學元件低成本、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)誤差提取和補償方案，用于提高光學元件的拋光精度。為了在小數(shù)據(jù)集條件下最大限度減小系統(tǒng)誤差提高提取質量，在提取過程中引入了小波變換多尺度提取技術，并通過L1范數(shù)優(yōu)化解決了干涉儀相對檢測問題帶來的系統(tǒng)誤差提取不確定性問題。研究人員使用了兩個典型的誤差源（邊緣拋光液損失造成的邊緣誤差和工業(yè)機器人軌跡誤差）來驗證所提出方案的有效性。實驗結果顯示，經過邊緣補償后，ϕ85 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達到0.019λ，拋光精度提高4倍以上；經過工業(yè)機器人軌跡誤差補償后，有效孔徑為480×360mm的傳輸反射鏡表面面形的RMS達到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償方法也適用于其他類型系統(tǒng)誤差。該研究成果對超精密光學元件高效確定性制造有重要的價值。

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

圖2.Φ85 mm反射鏡邊緣誤差提取與補償結果。

圖3.610×440 mm傳輸反射鏡邊緣誤差提取與補償結果。

圖4.有效孔徑480×360mm傳輸反射鏡工業(yè)機器人軌跡誤差提取與補償結果。

相關工作得到了科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、上海市啟明星揚帆計劃、中國科學院青年創(chuàng)新促進會的支持。

相關鏈接：https://doi.org/10.1364/OL.527827