Гартманометр и интерферометр Физо: сравнительный анализ устройств в задачах контроля качества оптических поверхностей

Галактионов И.В., Никитин А.Н., Шелдакова Ю.В., Топоровский В.В., Абдулразак С.Х., Кудряшов А.В.

Ссылка для цитирования:

Галактионов И.В., Никитин А.Н., Шелдакова Ю.В., Топоровский В.В., Абдулразак С.Х., Кудряшов А.В. Гартманометр и интерферометр Физо: сравнительный анализ устройств в задачах контроля качества оптических поверхностей // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 11. С. 43–53. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-11-43-53

Galaktionov I.V., Nikitin A.N., Sheldakova J.V., Toporovsky V.V., Abdulrazak S.Kh., Kudryashov A.V. Hartmannometer and Fizeau interferometer: Comparative analysis of the devices for optical surface test [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № 11. P. 43–53. http://doi. org/10.17586/1023-5086-2024-91-11-43-53

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Оптомеханическое устройство как альтернатива интерферометру Физо для задач контроля качества оптических поверхностей. Цель работы. Разработка и исследование метрологического устройства для измерения плоскостности оптической поверхности. Сравнение результатов измерений, полученных при использовании разработанного устройства и интерферометра Физо. Метод. Измерение волнового фронта излучения, отраженного от исследуемой оптической поверхности, с помощью датчика Шака–Гартмана. Основные результаты. В результате исследований было разработано принципиально новое устройство, названное гартманометром. Представлен метод его калибровки, а также приведено сравнение результатов измерения тестовой оптической поверхности с использованием разработанного устройства и классического интерферометра Физо. Общая амплитуда искажений волнового фронта, измеренная с помощью интерферометра Физо, составила 0,127 мкм (среднеквадратическое отклонение 0,022 мкм), с помощью гартманометра — 0,131 мкм (среднеквадратическое отклонение 0,024 мкм). Практическая значимость. Разработанное устройство может служить более надежной и бюджетной альтернативой интерферометру Физо в задачах контроля качества оптических поверхностей.

Ключевые слова:

гартманометр, интерферометр Физо, датчик волнового фронта Шака–Гартмана, измерение волнового фронта, интерферометрия

Коды OCIS: 120.2650, 120.3930, 120.5050

Список источников:

1. Hariharan P., Sen D. The double-passed Fizeau interferometer // JOSA. 1960. V. 50. P. 999–1001. https://doi.org/10.1364/JOSA.50.000999
2. Lyon R., Carpenter K., Huet H., et.al. Building the Fizeau interferometer testbed // IEEE Aerospace Conf. Proc. 2004. Big Sky, USA. March 6–13, 2004. P. 2201–2210. https://doi.org/10.1109/AERO.2004.1368013
2. Smythe R. Practical aspects of modern interferometry for optical manufacturing quality control: Part 2 // Adv. Opt. Techn. 2012. V. 1. P. 203–212. https://doi.org/10.1515/aot-2012-0026
3. Самаркин В.В., Александров А.Г., Галактионов И.В. и др. Широкоапертурная адаптивная оптическая система для коррекции искажений волнового фронта излучения петаваттного Ti:сапфирового лазера // Квант. электрон. 2022. Т. 52. № 2. С. 187–194. https://doi.org/10.1070/QEL17989
Samarkin V., Alexandrov A., Galaktionov I., et al. Large-aperture adaptive optical system for correcting wavefront distortions of a petawatt Ti:sapphire laser beam // Quant. Electron. 2022. V. 52. № 2. P. 187–194. https://doi.org/10.1070/QEL17989
3. Yagnyatinskiy D.A., Fedoseyev V.N. Modal control of a deformable mirror via the focal spot using actuator influence functions // Internat. Conf. Laser Optics 2018. St. Petersburg, Russia. June 4–8, 2018. P. 8435877. https://doi.org/10.1109/LO.2018.8435877
4. Platt B., Shack R.J. History and principles of Shack–Hartmann wavefront sensing // Refr. Surg. 2001. V. 17. № 15. P. 2. https://doi.org/10.3928/1081-597X-20010901-13
5. Liang J., Grimm B., Goelz S., et al. Objective measurement of the wave aberrations of the human eye with the use of a Hartmann–Shack wave-front sensor // JOSA. A. 1994. V. 11. P. 1949. https://doi.org/10.1364/josaa.11.001949
6. Lane R.G. Wave-front reconstruction using a Shack–Hartmann sensor // Appl. Opt. 1992. V. 31. P. 6902. https://doi.org/10.1364/AO.31.006902
7. Primot J. Theoretical description of Shack–Hartmann wave-front sensor // Opt. Commun. 2003. V. 222. P. 81–92. https://doi.org/10.1016/S0030-4018(03)01565-7
8. Konnik M., Doná J. Waffle mode mitigation in adaptive optics systems: A constrained receding horizon control approach // American Control Conf. Washington, DC, USA. June 17–19, 2013. P. 3390–3396. https:// doi.org/10.1109/ACC.2013.6580355
9. Mauch S., Reger J. Real-time spot detection and ordering for a Shack–Hartmann wavefront sensor with a low-cost FPGA // IEEE Trans. Instrum. Meas. Montevideo, Uruguay. June 12–15, 2014. V. 63. P. 2379–2386. https://doi.org/10.1109/TIM.2014.2310616
10. Dai Y., Li F., Cheng X., et. al. Analysis on Shack–Hartmann wave-front sensor with Fourier optics // Opt. & Laser Technol. 2007. V. 39. № 7. P. 1374–1379. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2006.10.014
11. Tallon M., Thiebaut E., Langlois M., et.al. The wavefront sensing making-of for THEMIS solar telescope // Adaptive Optics for Extremely Large Telescopes. 2021. V. 6. P. 1–7. https://doi.org/10.48550/arXiv.2101.02892
12. Zhou P., Burge J. Limits for interferometer calibration using the random ball test // SPIE. San Francisco, USA. January 25–31, 2009. V. 7426. P. 74260U. https:// doi.org/10.1117/12.828503
13. Galaktionov I., Sheldakova J., Nikitin A., et al. A hybrid model for analysis of laser beam distortions using Monte Carlo and Shack–Hartmann techniques: Numerical study and experimental results // Algorithms. 2023. V. 16. № 7. P. 337. https://doi.org/10.3390/a16070337
14. Galaktionov I., Nikitin A., Sheldakova J., et al. B-spline approximation of a wavefront measured byShack–Hartmann sensor // SPIE. San Diego, USA. August 1–5, 2021. V. 11818. P. 118180N. https://doi.org/10.1117/12.2598249
15. Malacara-Hernandez D. Wavefront fitting with discrete orthogonal polynomials in a unit radius circle // Opt. Eng. 1990. V. 29. № 6. P. 672–675.
16. Wyant J.C., Creath K. Basic wavefront aberration theory for optical metrology / Proc. Appl. Opt. and Opt. Eng.: Academic Press, Inc., 1992. P. 27–39.
17. Li J., Li W., Huang R. An efficient method for solving a matrix least squares problem over a matrix inequality constraint // Computational Optimization and Applications. 2016. V. 63. № 2. P. 393–423. https://doi.org/10.1007/s10589-015-9783-z
18. Рукосуев А.Л. Коррекция фазовых искажений излучения тераваттных фемтосекундных лазеров методами адаптивной оптики // Дисс. канд. физ.-мат. наук. М.: Московский государственный открытый университет, 2006. 153 с.
Rukosuev A.L. Correction of phase distortions of laser terawatt femtosecond radiation by means of adaptive optics [in Russian] // PhD (Physics and Mathematics) Thesis. Moscow: Moscow Open State University, 2006. 153 p.
19. Nikitin A., Galaktionov I., Sheldakova J., et al. Absolute calibration of a Shack–Hartmann wavefront sensor for measurements of wavefronts // SPIE Photonics West. San Francisco, USA. February 3–7, 2019. V. 10925. P. 109250K. https://doi.org/10.1117/12.2510047