上海光机所在数字化子孔径抛光系统误差提取与补偿方面取得重要进展

近期，中科院上海光机所高功率激光元件技术与工程部研究团队，在数字化子孔径抛光系统误差感知提取与补偿方面取得重要进展。研究首次提出了基于数据集与小波变换的方式对系统误差进行多尺度提取与精确补偿。相关研究成果以“Data-based systematic error extraction and compensation methods based on wavelet transform in ultra-precision optical polishing” 为题发表在Optics Letters。

随着现代光学技术的发展，大型光学系统如大型空间望远镜、高功率激光系统以及光刻照明与投影曝光系统等对各类光学元件表面质量及产能有着极高的要求。然而数字化子孔径抛光制造过程中误差来源复杂，难以通过物理建模进行补偿，系统抛光误差的存在很难满足光学元件低成本、高精度和高效率的制造要求。

研究人员提出了一种基于数据集的系统误差提取和补偿方案，用于提高光学元件的抛光精度。为了在小数据集条件下最大限度减小系统误差提高提取质量，在提取过程中引入了小波变换多尺度提取技术，并通过L1范数优化解决了干涉仪相对检测问题带来的系统误差提取不确定性问题。研究人员使用了两个典型的误差源（边缘抛光液损失造成的边缘误差和工业机器人轨迹误差）来验证所提出方案的有效性。实验结果显示，经过边缘补偿后，ϕ85 mm反射镜面形的均方根值（RMS）从0.069λ降低到0.017λ，610×440 mm传输反射镜表面面形的RMS达到0.019λ，抛光精度提高4倍以上；经过工业机器人轨迹误差补偿后，有效孔径为480×360mm的传输反射镜表面面形的RMS达到0.011λ，抛光精度提高2倍以上。此外，文章提到的误差提取与补偿方法也适用于其他类型系统误差。该研究成果对超精密光学元件高效确定性制造有重要的价值。

图1.(a) 初始面型1；(b)加工初始面形1后产生的边缘误差示意图；(c) 初始面型2; (d)加工初始面形2后产生的工业机器人轨迹误差示意图；

图2.Φ85 mm反射镜边缘误差提取与补偿结果。

图3.610×440 mm传输反射镜边缘误差提取与补偿结果。

图4.有效孔径480×360mm传输反射镜工业机器人轨迹误差提取与补偿结果。

相关工作得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、上海市启明星扬帆计划、中国科学院青年创新促进会的支持。

相关链接：https://doi.org/10.1364/OL.527827