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我院教师获2021年度吉林省自然科学奖三等奖

我院张宇老师团队完成的项目“高精度光学干涉与扫描检测技术研究”获2021年度吉林省自然科学奖三等奖。该项目集成了高精度光学干涉与扫描检测技术的研究成果,深入探究了适用于平面、球面和浅度自由曲面的干涉检测技术,以及适用于大偏离量自由曲面的扫描检测技术,对推动光学元件的高精度制造及检测技术的发展具有非常重要的意义。该项目首先研究了适用于平面、球面和浅度自由曲面的干涉检测技术,揭示了干涉仪相移系统的装调误差对干涉检测精度的影响,通过特伦结构的建立,解决了相移过程中角锥棱镜的横移误差对检测精度影响的难题,将能出射标准球面波的光纤作为参考波前产生装置,建立了双光纤相移点衍射干涉模型,探明了亚纳米量级检测精度所需的干涉仪关键元件参数及环境条件,搭建了双光纤相移点衍射干涉仪,实现了亚纳米量级的重复精度,从硬件上实现了对干涉检测精度的有效控制。随后提出了一种新型最小二乘理论,并与椭圆拟合法相结合设计了两步随机相移算法,解决了传统两步相移算法依赖背景光强滤波的技术难题;设计了一种基于差分干涉图归一化和菱形对角线归一化的三步随机相移算法,解决了相移算法计算时间和精度互相制约的难题;首次发现了同步相移干涉仪中的“条纹误差”,并设计椭圆拟合法实现了对该类误差的有效抑制,不同相移算法的设计从算法上实现了高精度干涉检测的不同需求。针对大偏离量自由曲面的高精度及大范围检测需求,开展了大偏离量自由曲面扫描检测技术的研究,发现一般曲面匹配算法精度低,B样条拟合算法又无法对拟合误差进行有效的评价,因此,建立了粗匹配和精匹配的协同组合算法,获得了测试曲面与设计曲面的高匹配精度;设计了基于牛顿迭代的高精度拟合算法,实现了对大偏离量自由曲面面形的高精度拟合,并从测试数据中有效分离了加工误差及检测过程中的测试噪声,为光学高精度制造提供了有效的依据。相关成果已公开发表研究论文43篇,其中5篇代表性论文他引31次,全部为正面评价,或得出相同的研究结论,或在本研究成果的基础上,在本研究领域进一步取得突破。

该研究工作得到了吉林省教育厅“十二五”科学技术研究项目和中科院长春光机所应用光学国家重点实验室开放基金资助项目的支持。

附本成果技术路线图:

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