一、前言

      非球面是指光學(xué)元件表面不完全符合球面形狀，而是呈現(xiàn)出不規(guī)則的形狀，如非球面透鏡、非球面反射鏡等。這種形狀的制備需要高精度的加工技術(shù)，且制造出的非球面元件也容易出現(xiàn)各種缺陷，如表面光滑度差、形狀偏差等。因此，對(duì)于非球面元件的制造和檢測(cè)，是光學(xué)領(lǐng)域中非常重要的一部分。本文將介紹一種常用的非球面元件檢測(cè)方法：CGH。

二、CGH概述

CGH(Computer Generated Hologram)又稱計(jì)算機(jī)全息圖，是一種用計(jì)算機(jī)生成的全息圖像，能夠準(zhǔn)確地描述非球面元件的形狀和表面質(zhì)量。CGH的生成過(guò)程包括兩個(gè)步驟：第一步是通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件生成一幅數(shù)字全息圖像，該圖像是通過(guò)將光線反射或折射后的相位信息轉(zhuǎn)化成像素點(diǎn)的亮度信息得到的；第二步是將數(shù)字全息圖像制作成物理全息圖像，該過(guò)程需要使用光刻技術(shù)將數(shù)字全息圖像轉(zhuǎn)化成光學(xué)元件。制作好的物理全息圖像與非球面元件一起使用，可以通過(guò)干涉的方法測(cè)量非球面元件的表面形狀和誤差。

三、檢測(cè)非球面元件的基本步驟

1.制作CGH光柵：

      制作CGH光柵是CGH檢測(cè)非球面的核心步驟。光柵是一種用于將激光分成多個(gè)光束的光學(xué)元件。如圖1所示，CGH光柵可以通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬來(lái)設(shè)計(jì)，并使用光刻技術(shù)制作。制作完成后，需要使用光學(xué)儀器進(jìn)行測(cè)試和調(diào)整，以確保光柵的精度和穩(wěn)定性。

圖1 CGH制作示意圖

2.激光掃描樣品：

在完成樣品和CGH光柵的制備后，需要將激光束照射到樣品表面，并通過(guò)光柵將激光分成多個(gè)光束。這些光束將在樣品表面反射，形成一系列的干涉條紋。

3.記錄干涉條紋：

使用攝像機(jī)或其他光學(xué)儀器記錄干涉條紋。干涉條紋的形狀和數(shù)量可以反映樣品表面的形狀。通過(guò)對(duì)干涉條紋進(jìn)行處理和分析，可以得到樣品表面的形貌信息。

4.處理數(shù)據(jù)：

圖2 波前三維圖

5.結(jié)果呈現(xiàn)

最終的結(jié)果可以通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形軟件進(jìn)行呈現(xiàn)和可視化。結(jié)果可以以二維或三維形式顯示，以便進(jìn)行分析和比較。同時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整CGH光柵的參數(shù)來(lái)控制檢測(cè)精度和范圍，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。

四、CGH的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

      精度高：CGH可以提供非常高的光學(xué)精度，可以制造高質(zhì)量的非球面光學(xué)元件，這些元件比傳統(tǒng)球面透鏡具有更好的成像性能。靈活性：與傳統(tǒng)機(jī)械加工制造非球面透鏡相比，CGH技術(shù)可以制造更加靈活、多樣化的非球面光學(xué)元件。

缺點(diǎn)：

      設(shè)計(jì)復(fù)雜：CGH需要使用復(fù)雜的計(jì)算機(jī)模擬和設(shè)計(jì)軟件，因此需要有高水平的技術(shù)和專業(yè)知識(shí)才能使用該技術(shù)。易受干擾：CGH技術(shù)在制造過(guò)程中對(duì)于環(huán)境和噪聲的影響比較敏感，這會(huì)影響到其制造的精度和穩(wěn)定性，且需要特殊設(shè)備。