en
Назад
DOI: 10.17586/1023-5086-2023-90-09-45-54
УДК: 681.7.066.3 + 681.7.062 + 520.2.062 + 520.2.066 + 681.7.055.34 + 681.7.063 + 681.7.053
Возможность применения цилиндрических осевых синтезированных голограмм для контроля формы крупногабаритных асферических поверхностей
Полный текст на elibrary.ru
Публикация в Journal of Optical Technology
Мельников А.Н. Возможность применения цилиндрических осевых синтезированных голограмм для контроля формы крупногабаритных асферических поверхностей // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 9. С. 45–54. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-09-45-54
Melnikov A.N. The possibility of using cylindrical on-axis computer-generated holograms for controlling the shape of large-sized aspheric surfaces [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2023. V. 90. № 9. P. 45–54. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-09-45-54
Предмет исследования. Новый возможный подход в реализации технологического и аттестационного контроля с интерферометрической точностью формы крупногабаритных асферических поверхностей монолитных и составных зеркал на основе использования цилиндрических осевых синтезированных голограмм-компенсаторов. Цель работы. Разработка комплекса технологических методов и средств на основе применения цилиндрических осевых синтезированных голограмм, позволяющего снять принципиальные ограничения на размеры монолитных и составных зеркал современных оптических телескопов при осуществлении лазерно-голографического контроля формы их крупногабаритных рабочих асферических поверхностей. Метод основан на применении лазерно-голографического контроля формы поверхностей оптических деталей с использованием цилиндрических осевых синтезированных голограмм-компенсаторов, «сшивки» результатов расшифровки интерферограмм и построения топографии контролируемой поверхности, изготовления голограмм-реплик на основе технологий прецизионного реплицирования или тиснения. Основные результаты. Предложены новые технические и методологические подходы в решении задачи контроля формы крупногабаритных асферических поверхностей монолитных и составных зеркал телескопов с точки зрения возможности снятия ограничений на их размеры. Обоснованы пути снижения себестоимости голограмм-компенсаторов и проведения контрольных операций (на порядок величины и более), снижения влияния износа алмазного резца на точность нарезки дифракционной структуры цилиндрических голограмм-матриц. Рассмотрена возможность применения тонкопленочных цилиндрических осевых синтезированных голограмм-реплик для осуществления контроля и юстировки формы зеркал оптических телескопов космического базирования. Практическая значимость. Предложенные подходы предназначены для реализации в процессе технологического и аттестационного контроля с интерферометрической точностью формы крупногабаритных асферических поверхностей монолитных и составных зеркал телескопов как в цеховых условиях, так и в условиях космического базирования. Использование цилиндрических осевых синтезированных голограмм-компенсаторов (преимущественно в виде голограмм-реплик) открывает принципиальную возможность получения информации о точности изготовления формы крупногабаритных асферических поверхностей по профилю ее отдельных сечений в бесконтактном режиме. Предложенные решения обеспечат многократное уменьшение времени и энергозатрат на изготовление голограмм-компенсаторов и их себестоимости в целом.
монолитные и составные зеркала, крупногабаритные асферические поверхности, лазерно-голографический контроль формы поверхности, цилиндрическая осевая синтезированная голограмма-компенсатор, делительная машина маятникового типа, голограмма-матрица, прецизионное реплицирование, тиснение, голограмма-реплика, тонкопленочная голограмма-реплика, составная осевая синтезированная голограмма-компенсатор
Коды OCIS: 240.6700, 220.1250, 220.3630, 230.4040, 110.6770, 120.4630, 090.2880, 090.2890, 220.4610, 220.4840, 160.5470
Список источников:1. Johns M. The Giant Magellan Telescope (GMT) // Proc. SPIE. 2006. V. 6267. Р. 626729-1–626729-15. https://doi.org/10.1117/12.670839
2. Gilmozzi R. The European ELT: Status, science, size // Proc. SPIE. 2008. V. 6986. Р. 698604-1–698604-8. https://doi.org/10.1117/12.801255
3. Spyromilio J. The European extremely large telescope: The Arne way // Proc. SPIE. 2008. V. 6986. Р. 698605-1–698605-8. https://doi.org/10.1117/12.801256
4. Бронштейн Ю.Л. Крупногабаритные зеркальные системы (контроль геометрии, юстировка). М.: ДПК Пресс, 2015. 600 с.
Bronshtein Y.L. Large-sized mirror systems (geometry control, alignment) [in Russian]. Moscow: DPK Press, 2015. 600 p.
5. Galyavov I.R., Belousov S.P., Ignatov A.N., et al. Modern methods of production of large-sized multicomponent optical systems // Proc. SPIE. 2016. V. 9682. P. 96820Z-1–96820Z-7. https://doi.org/10.1117/12.2241512
6. Oh Ch.J., Lowman A.E., Dubin M., et al. Modern technologies of fabrication and testing of large convex secondary mirrors // Proc. SPIE. 2016. V. 9912. P. 99120R-1–99120R-12. https://doi.org/10.1117/12.2233887
7. Абдулкадыров М.А., Семенов А.П., Патрикеев В.Е. и др. Асферизация крупногабаритных высокоасферичных внеосевых поверхностей оптических деталей с произвольным внешним контуром // Контенант. 2016. Т. 15. № 4. С. 19–25.
Abdulkadyrov M.A., Semenov A.P., Patrikeev V.Y., et al. Aspherization of large-sized highly-aspheric off-axis optical parts surfaces with an arbitrary external contour [in Russian] // Kontenant. 2016. V. 15. № 4. P. 19–25.
8. Понин О.В., Галявов И.Р., Шаров А.А. и др. Разработка высокоточных конструкций крупногабаритных оптических систем // Контенант. 2016. Т. 15. № 4. С. 26–28.
Ponin O.V., Galyavov I.R., Sharov A.A., et al. Developing high-precision large-sized optical system designs [in Russian] // Kontenant. 2016. V. 15. № 4. P. 26–28.
9. Абдулкадыров М.А., Владимиров Н.М., Добриков Н.С. и др. Инновационные решения АО ЛЗОС при изготовлении зеркал из карбида кремния // Контенант. 2016. Т. 15. № 4. С. 29–34.
Abdulkadyrov M.A., Vladimirov N.M., Dobrikov N.R., et al. Innovative solutions of AO LZOS regarding silicon carbide mirror fabrication [in Russian] // Kontenant. 2016. V. 15. № 4. P. 29–34.
10. Martin H.M. Making mirrors for giant telescopes // Proc. SPIE. 2019. V. 11116. P. 111160J-1–111160J-16. https://doi.org/10.1117/12.2534601
11. Martin S., Lawrence Ch., Redding D., et al. ATSA: A cold, active telescope for space astronomy // Proc. SPIE. 2020. V. 11443. P. 114432A-1–114432A-21. https://doi.org/10.1117/12.2575505
12. Fanson J., Bernstein R., Angeli G., et al. Overview and status of the Giant Magellan Telescope project // Proc. SPIE. 2020. V. 11445. P. 114451F-1–114451F-20. https://doi.org/10.1117/12.2561852
13. Электронный ресурс URL: http://millimetron.ru (Астрокосмический центр ФИАН. Космическая обсерватория «Миллиметрон»).
Electronic resource URL: http://millimetron.ru (Astrospace Center of the Physical Institute of the Russian Academy of Sciences. “Millimetron” space observatory).
14. Электронный ресурс URL: http://www.elt.eso.org (Телескоп «Extremely Large Telescope»)
Electronic resource URL: http://www.elt.eso.org (“Extremely Large Telescope”)
15. Электронный ресурс URL: https://commons.wikimedia.org/wiki/ File:Comparison_optical_telescope_primary_mirrors.svg (Сравнение диаметров главных зеркал основных крупноформатных телескопов по состоянию на март 2021 г.)
Electronic resource URL: https://commons.wikimedia.org/wiki/ File:Comparison_optical_telescope_primary_mirrors.svg (Diameter comparison of the primary mirrors of main large-sized telescopes as of March 2021)
16. Гавлина А.Е. Интерференционный метод для контроля формы выпуклых оптических поверхностей большого диаметра, основанный на схеме ортогональных лучей // Дисс. канд. техн. наук. ФГБУН «НТЦ УП РАН». М., 2021. 108 c.
Gavlina A.Y. Interference method for controlling the shape of large-diameter convex optical surfaces based on the orthogonal ray scheme [in Russian] // PhD (Engineering) thesis. Federal Publicly Funded Institution of Science “Scientific and Technological Center for Unique Instrumentation of the RAS”. Moscow, 2021. 108 p.
17. Оптический производственный контроль: пер. с англ. / под ред. Малакары Д. М.: Машиностроение, 1985. 400 с.
Optical Shop Testing, 1st ed, / ed. by Malakara D. John Wiley and Sons, 1978. Corpus ID: 176164992.
18. Белозеров А.Ф., Ларионов Н.П., Лукин А.В. и др. Осевые синтезированные голограммные оптические элементы: история развития, применения. Ч. 1., Ч. 2 // Фотоника. 2014. № 4. С. 12–32; № 5. С. 30–41.
Belozerov A.F., Larionov N.P., Lukin А.V., et al. On-axis computer-generated hologram optical elements: History of development and use. Parts 1, 2 [in Russian] // Photonics Russia. 2014. № 4. P. 12–32; № 5. P. 30–41.
19. Пуряев Д.Т. Методы контроля оптических асферических поверхностей. М.: Машиностроение, 1976. 262 с.
Puryaev D.T. Optical aspheric surfaces control methods [in Russian]. Moscow: ''Mashinostroenie'' Publ., 1976. 262 p.
20. Карлин О.Г., Кукс В.Г., Липовецкий Л.Е. и др. Изготовление и контроль асферической оптики. М.: ЦНИИ информации, 1980. 272 с.
Karlin O.G., Kuks V.G., Lipovetsky L.Y., et al. Manufacture and control of aspheric optics [in Russian]. Moscow: Central Scientific and Research Institute of Information, 1980. 272 p.
21. Окатов М.А., Антонов Э.А., Байгожин А. и др. Справочник технолога-оптика / под ред. Окатова М.А. СПб.: Политехника, 2004. 679 с.
Okatov M.A., Antonov E.A., Baygozhin A., et al. Optical technologist’s handbook [in Russian] / ed. by Okatov M.A. St. Petersburg: ''Politekhnika'' Publ., 2004. 679 p.
22. ОСТ 3–4730–80 — ОСТ 3–4732–80. Сборник отраслевых стандартов. Детали оптические с асферическими поверхностями. Метод контроля с использованием синтезированных голограмм. Введ. 01.01.1981. М.: изд. ЦНИИ «Комплекс», 1980. 69 с.
OST (Industry standard) 3–4730–80 — OST 3–4732–80. Collection of industry standards. Optical parts with aspheric surfaces. Control method using computer-generated holograms [in Russian]. Introd. on January 1, 1981. Moscow: “Kompleks” Central Scientific and Research Institute Publishing, 1980. 69 p.
23. ГОСТ Р 59737–2021. Оптика и фотоника. Элементы оптические голограммные синтезированные осевые. Общие технические условия. Введ. 01.03.2022. М.: Российский институт стандартизации, 2021. 40 с.
GOST R (Russian National Standard) 59737–2021. Optics and photonics. Optical hologram computer-generated on-axis elements. General specifications [in Russian]. Introd. on March 1, 2022. Moscow: Russian Institute of Standardization, 2021. 40 p.
24. Лукин А.В., Мельников А.Н., Скочилов А.Ф. и др. О возможностях лазерно-голографического контроля процессов сборки и юстировки составного главного зеркала телескопа на примере космической обсерватории «Миллиметрон» // Оптический журнал. 2017. Т. 84. № 12. С. 45–49.
Lukin A.V., Mel’nikov A.N., Skochilov A.F., et al. Possibilities of laser-holographic monitoring of assembly and alignment of a segmented primary telescope mirror using the Millimetron space observatory as an example // J. Opt. Technol. 2017. V. 84. № 12. P. 828–832. https://doi.org/10.1364/ JOT.84.000828
25. Полещук А.Г., Вейко В.П., Корольков В.П. Лазерные технологии для формирования структуры дифракционных оптических элементов / Голография. Наука и практика // Тез. докл. XIV междунар. конф. М.: Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, 2017. С. 38–44.
Poleshchuk A.G., Veyko V.P., Korolkov V.P. Laser technologies for shaping the structure of diffractive optical elements [in Russian] / Holography. Theory and practice // Abstr. 14th Internat. Conf. Moscow: Bauman Moscow State Technical University, 2017. P. 38–44.
26. Лукин А.В., Мельников А.Н. Делительная машина для изготовления периодических штриховых структур, преимущественно дифракционных решеток (варианты) // Патент РФ № 2130374. 1999.
Lukin A.V., Melnikov A.N. Dividing machine for making periodic structures, mainly, ruled diffraction gratings (versions) [in Russian] // RF Patent № 2130374. 1999.
27. Мельников А.Н. Делительная машина маятникового типа для механического формообразования периодических штриховых структур // Автореф. канд. дис. Казань: Казан. гос. техн. ун-т им. А.Н. Туполева, 2005. 15 с.
Melnikov A.N. Pendulum-type ruling engine for mechanical shaping of periodic ruling structures [in Russian] // PhD thesis abstract. Kazan: A.N. Tupolev Kazan State Technical University, 2005. 15 p.
28. Лукин А.В., Мельников А.Н., Мирумянц С.О. Делительная машина маятникового типа для изготовления нарезных периодических рельефно-фазовых структур // Оптический журнал. 2007. Т. 74. № 1. С. 44–49.
Lukin A.V., Mel'nikov A.N., Mirumyants S.O. Pendulum-type ruling engine for fabricating ruled periodic relief-phase structures // J. Opt. Technol. 2007. V. 74. № 1. P. 34–38. https://doi.org/10.1364/JOT.74.000034
29. Лукин А.В., Мельников А.Н. Прецизионное реплицирование всех видов оптических поверхностей — научно-технологическая основа кардинальных преобразований в современном оптическом производстве // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 10. С. 42–50. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-10-42-50
Lukin A.V., Melnikov A.N. Precision replication of all types of optical surfaces — scientific and technological basis for the radical transformation of modern optical production // J. Opt. Technol. 2022. V. 89. № 10. P. 589–594. https://doi.org/10.1364/JOT.89.000589
30. Лукашевич Я.К. Технология изготовления поляризаторов электромагнитного излучения из линейных проводников на основе нарезных дифракционных решеток // Автореф. канд. дис. Казань: Казан. гос. техн. ун-т им. А.Н. Туполева, 2002. 17 с.
Lukashevich Y.K. Technology for the manufacture of electromagnetic radiation polarizers from linear conductors based on ruled diffraction gratings [in Russian] // PhD thesis abstract. Kazan: A.N. Tupolev Kazan State Technical University, 2002. 17 p.
31. Бейнарович Л.Н., Салимова Э.А., Мартынов В.П. Изготовление крупногабаритных зеркал из полимеров методом копирования // Оптико-механическая промышленность. 1971. № 10. С. 41–44.
Beynarovich L.N., Salimova E.A., Martynov V.P. Manufacturing large-sized mirrors from polymers via replication method // J. Opt. Technol. 1971. № 10. P. 41–44.
32. Лукин А.В., Мельников А.Н., Скочилов А.Ф. Современные и перспективные возможности получения и применения крупноформатных пленочных пропускающих синтезированных голограммных компенсаторов (нуль-корректоров) в телескопостроении // Тез. докл. XV междунар. конф. по голографии и прикладным оптическим технологиям. М.: Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, 2018. С. 37–38.
Lukin A.V., Melnikov A.N., Skochilov A.F. Current and prospective possibilities for production and application of large-format film transmissive computer-generated holographic compensators (zero correctors) in telescope construction [in Russian] // Abstr. 15th Internat. Conf. Holography and Appl. Opt. Technol. Moscow: Bauman Moscow State Technical University, 2018. P. 37–38.
33. Ельников Н.Т., Дитев А.У., Юрусов И.К. Сборка и юстировка оптико-механических приборов. М.: Машиностроение, 1974. 345 с.
Yelnikov N.T., Ditev A.U., Yurusov I.K. Assembly and adjustment of optical and mechanical instruments [in Russian]. Moscow: ''Mashinostroenie'' Publ., 1974. 345 p.
34. Лукин А.В., Мельников А.Н., Скочилов А.Ф. Голографическое устройство для контроля формы асферических оптических поверхностей // Патент РФ № 2786688. 2022.
Lukin A.V., Melnikov A.N., Skochilov A.F. Holographic device for controlling the shape of aspheric optical surfaces [in Russian] // RF Patent № 2786688. 2022.
35. Лукин А.В., Мельников А.Н., Скочилов А.Ф. Новые возможности лазерно-голографического контроля процессов сборки и юстировки крупноформатных составных зеркал телескопов // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 10. С. 80–94. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-10-80-94
Lukin A.V., Melnikov A.N., Skochilov A.F. New capabilities for laser holographic testing during assembly and collimation of large segmented telescope mirrors // J. Opt. Technol. 2022. V. 89. № 10. P. 615–625. https://doi.org/10.1364/JOT.89.000615
36. Кольер Р., Беркхарт К., Лин Л. Оптическая голография. М.: Мир, 1973. 698 с.
Collier R.J., Burckhardt C.B., Lin L.H. Optical holography. Cambridge, Massachusetts: Academic Press, 1971. 624 p.