刻线误差与面型误差对平面光栅光谱性能影响的二维快速傅里叶变换分析方法 被引量：12

1

作者 李晓天 巴音贺希格 +2 位作者 齐向东 于海利 唐玉国 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第11期35-44,共10页

光栅刻线误差与基底面型误差影响平面光栅衍射波前、分辨本领、鬼线、卫线及杂散光等光谱性能,研究光栅性能指标与光栅刻线误差及基底加工误差之间的因果关系,对提高光栅质量极为重要。根据光栅衍射中产生的源于刻线误差与面型误差的光... 光栅刻线误差与基底面型误差影响平面光栅衍射波前、分辨本领、鬼线、卫线及杂散光等光谱性能,研究光栅性能指标与光栅刻线误差及基底加工误差之间的因果关系,对提高光栅质量极为重要。根据光栅衍射中产生的源于刻线误差与面型误差的光程差,推导出了在光栅锥面衍射情况下的光栅刻线误差、基底面型误差、入射角θ、衍射级次m与衍射波前关系的数学表达式,得到构建非理想光栅衍射波前的理论模型。以理论模型为依据,采用干涉仪测量光栅对称级次衍射波前,实现在测量结果中对光栅刻线误差与基底面型误差的分离,并基于二维快速傅里叶变换分析光栅衍射波前,考察了刻线误差与面型误差对光栅性能指标的影响。借助此方法通过重构的光栅衍射波前,分析光栅分辨本领、鬼线等光谱性能,还可以反演光栅全表面刻线误差与面型误差的大小,为光栅基底加工、光栅制造和使用技术提供理论依据。 展开更多

关键词 光栅 快速傅里叶变换 衍射波前 光栅指标 光栅刻线误差

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不同对准误差下的小孔衍射波面误差分析 被引量：7

2

作者 高芬 蒋庄德 李兵 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期165-171,共7页

点衍射干涉仪中小孔对准误差是影响衍射参考波面质量最主要的误差源。基于瑞利索末菲矢量衍射理论,建立了非傍轴高斯光束经小孔衍射的严格数学描述,对不同对准误差下的小孔衍射波面误差进行了分析,在分析中特别考虑了会聚光斑大小的影... 点衍射干涉仪中小孔对准误差是影响衍射参考波面质量最主要的误差源。基于瑞利索末菲矢量衍射理论,建立了非傍轴高斯光束经小孔衍射的严格数学描述,对不同对准误差下的小孔衍射波面误差进行了分析,在分析中特别考虑了会聚光斑大小的影响。研究表明：小孔对准误差的引入使得衍射波面偏差迅速增大,且衍射波面偏差随对准误差的增大呈线性增长;相同对准误差下,衍射波面偏差随会聚光斑半径的增大而减小,要获得同等衍射波面偏差,允许的对准误差随会聚光斑的增大呈近同倍数增长。给出了0.5～3μm小孔在不同会聚光斑直径和小孔对准误差下的衍射波面误差分布数据,研究结果可为点衍射干涉仪中会聚透镜的选取、小孔对准精度要求的确定以及小孔衍射波面误差的估计提供重要参考数据。 展开更多

关键词 测量 点衍射干涉仪 衍射波面 对准误差 误差分析

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基于波前法的光栅拼接误差检测及计算方法 被引量：7

3

作者 卢禹先 齐向东 +4 位作者 糜小涛 姜珊 于海利 李晓天 尹禄 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期14-23,共10页

光栅拼接法是目前制作大尺寸平面衍射光栅的重要方法之一,而拼接误差是评价拼接光栅是否能够使用的重要指标之一。实时定量测量拼接误差,能够实现对拼接误差的自动闭环调整,通过实时指导拼接提高光栅拼接的精度。建立了衍射波前与光栅... 光栅拼接法是目前制作大尺寸平面衍射光栅的重要方法之一,而拼接误差是评价拼接光栅是否能够使用的重要指标之一。实时定量测量拼接误差,能够实现对拼接误差的自动闭环调整,通过实时指导拼接提高光栅拼接的精度。建立了衍射波前与光栅拼接误差关系的数学模型,分析了干涉仪测量光栅拼接误差的原理,用ZYGO干涉仪实现拼接光栅0级及-1级衍射波前的数字化定量提取,分析并计算了拼接误差波前,得到五维拼接误差的数值解。利用拼接光栅-2级的衍射波前验证五维拼接误差结果的准确性,实验结果表明由0级、-1级、-2级拼接波前计算的拼接误差具有较好的一致性,为利用波前检测光栅拼接误差并实现自动化闭环调整提供了理论指导。 展开更多

关键词 衍射 光栅拼接 干涉仪 衍射波前 拼接误差

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基于激光干涉仪的衍射光栅波前检测 被引量：5

4

作者 钱林勇 黄元申 +2 位作者 张大伟 倪争技 庄松林 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2013年第3期67-74,共8页

以往检测衍射光栅波前时,需自行搭建检测光路,且搭建过程中由于元件较多,造成系统精度难以保证,得到的测量结果不够理想。针对这些问题,本文提出基于GPITMXP/DX型ZYGO干涉仪搭建检测光路,并对平面衍射光栅及凹面衍射光栅的衍射波前进行... 以往检测衍射光栅波前时,需自行搭建检测光路,且搭建过程中由于元件较多,造成系统精度难以保证,得到的测量结果不够理想。针对这些问题,本文提出基于GPITMXP/DX型ZYGO干涉仪搭建检测光路,并对平面衍射光栅及凹面衍射光栅的衍射波前进行了检测,得到参考光与衍射光的干涉条纹及相关信息,拓展了ZYGO干涉仪的用途。利用传统的干涉检测法,检测时,干涉仪与标准透镜及反射镜配合使用,标准镜精度接近λ/40,干涉腔精度为λ/20。检测得到平面光栅一级衍射光与参考光的干涉条纹及光栅的衍射波前,分析比较了两种检测凹面光栅的方法。与以往检测光栅波前装置相比,本文提出的测量装置精度高、安装简单,不需要搭建专门的波前检测装置,便于重复测量,得到的结果可靠性高。 展开更多

关键词 ZYGO干涉仪 光栅 衍射波前 干涉条纹

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基于单压电执行器的光栅刻线摆角修正 被引量：3

5

作者 李晓天 齐向东 +3 位作者 于海利 高键翔 冯树龙 巴音贺希格 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期2039-2046,共8页

考虑机械刻划光栅刻线摆角对平面光栅衍射波前质量的影响,本文根据光栅机械刻划过程的特点,提出了一种单压电执行器调节方法。该方法可通过不断调节微定位工作台位移,实时修正工作台摆角导致的光栅刻线摆角误差。首先,推导出了微定位工... 考虑机械刻划光栅刻线摆角对平面光栅衍射波前质量的影响,本文根据光栅机械刻划过程的特点,提出了一种单压电执行器调节方法。该方法可通过不断调节微定位工作台位移,实时修正工作台摆角导致的光栅刻线摆角误差。首先,推导出了微定位工作台位移实时修正公式。接着,采用三路干涉仪实现了微定位工作台摆角测量及其主要成分分析。最后,进行了光栅刻线摆角放大和校正实验。结果显示,摆角放大和摆角校正实验已基本达到了预期的效果,对光栅宽度为10.4mm且刻线密度为600line/mm的光栅进行修正后,光栅刻线摆角比校正前降低了64%以上。这些结果表明:采用单压电执行器方法对光栅刻线摆角进行实时修正可有效降低光栅刻线摆角,提高光栅质量;该方法可应用于大面积机械刻划光栅刻线摆角的修正。 展开更多

关键词 平面光栅 光栅刻线 摆角修正 衍射波前 压电执行器

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光谱巡天科学级紫外光栅的研制 被引量：1

6

作者 陈力斯 胡中文 +1 位作者 邱克强 姜海娇 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期147-158,共12页

不同于国际上其他空间项目采用光栅切换的光谱获取方式,中国空间巡天望远镜采用近焦面拼接光栅的方式获取大视场、宽波段无缝光谱,波长覆盖范围为250~1000nm,光谱分辨率R≥200。国内紫外透射衍射光栅的天文应用尚在起步阶段,制作难度高... 不同于国际上其他空间项目采用光栅切换的光谱获取方式,中国空间巡天望远镜采用近焦面拼接光栅的方式获取大视场、宽波段无缝光谱,波长覆盖范围为250~1000nm,光谱分辨率R≥200。国内紫外透射衍射光栅的天文应用尚在起步阶段,制作难度高,且不能从国外获得。经过多年努力,光栅性能在近期获得了较大提升。本文针对紫外光栅的科学应用性能和使用条件,分析了衍射光栅制作参数的优化,给出了衍射效率随入射角、入射光偏振态以及光栅槽形结构参数的变化规律。相关数据对在轨流量定标具有借鉴价值。通过选用不同的光栅结构参数对衍射效率特性进行分析,发现了紫外光栅峰值波长与顶角投影在每个周期上的比值之间的近似线性表达关系。本文讨论了满足科学需求的参数许可域,并将其用于控制光栅制作参数。多次试验后,光栅槽形结构参数和形状得到了精确控制,获得了性能优异的衍射光栅。制作的光栅线密度为333line/mm,闪耀角为12.51°,峰值效率波长控制在315nm,紫外波段实测峰值衍射效率为72.3%,平均效率为65.1%。该光栅的槽形、波前质量等均控制在较高水平,衍射波前质量均方根(RMS)达到0.06λ,峰谷值(PV值)达到了0.33λ。采用该光栅可获得良好的成像质量。 展开更多

关键词 光栅 光谱巡天 衍射效率 衍射波前 像质

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基于干涉法的反射式光栅旋转角度检测方法 被引量：2

7

作者 张文涛 杨越越 +3 位作者 张玉婷 吴萍 熊显名 杜浩 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2019年第11期65-70,共6页

基于多块光栅拼接理论,建立了光栅旋转角与衍射光束偏角关系的数学模型,设计了一种基于干涉法的光栅旋转角度检测光路,用Zygo干涉仪实现了光栅0级与1级衍射波前检测,并研究了反射镜安装误差引起的模型误差。实验结果表明,利用理论模型... 基于多块光栅拼接理论,建立了光栅旋转角与衍射光束偏角关系的数学模型,设计了一种基于干涉法的光栅旋转角度检测光路,用Zygo干涉仪实现了光栅0级与1级衍射波前检测,并研究了反射镜安装误差引起的模型误差。实验结果表明,利用理论模型对光栅姿态在0~500μrad内调整时,光栅间栅线平行度的最大相对测量误差为3.85%。而反射镜俯仰角和偏摆角在0″~20″变化时,所引起的光栅间栅线平行度的最大相对测量误差分别为4.99%和3.77%。 展开更多

关键词 光栅 转角检测 干涉 衍射波前

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点衍射干涉仪中小孔衍射波面误差分析 被引量：25

8

作者 马强 刘伟奇 +4 位作者 李香波 康玉思 魏忠伦 冯睿 柳华 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第12期2321-2324,共4页

针孔或光纤直径的大小是影响点衍射干涉仪检测精度的重要因素,在实际检测中须根据检测任务的精度要求来选择小孔的尺寸。基于标量衍射理论,仿真计算了小孔尺寸引起的衍射波面相对标准球面偏离的误差。结果表明,当小孔直径为2.5μm,数值... 针孔或光纤直径的大小是影响点衍射干涉仪检测精度的重要因素,在实际检测中须根据检测任务的精度要求来选择小孔的尺寸。基于标量衍射理论,仿真计算了小孔尺寸引起的衍射波面相对标准球面偏离的误差。结果表明,当小孔直径为2.5μm,数值孔径(NA)为0.3时,与小孔有关的光学系统误差峰值(PV)约为0.07nm。仿真方法和计算结果为针对各种高精度面形检测任务而设计点衍射干涉仪和分析其精度提供了理论和数据参考。 展开更多

关键词 光学检测 点衍射干涉仪 标量衍射 衍射波面误差

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可见光二维小孔矢量衍射分析 被引量：18

9

作者 许嘉俊 邢廷文 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第12期39-44,共6页

现代精密光学系统的发展,对光学元件的加工和检测提出了非常严格的要求,达到纳米量级。相移式点衍射干涉仪是一种应用在纳米精度检测中的常用干涉仪,其参考波前由直径在几百纳米量级的小孔衍射产生,其衍射波前与理想波面的误差,决定了... 现代精密光学系统的发展,对光学元件的加工和检测提出了非常严格的要求,达到纳米量级。相移式点衍射干涉仪是一种应用在纳米精度检测中的常用干涉仪,其参考波前由直径在几百纳米量级的小孔衍射产生,其衍射波前与理想波面的误差,决定了干涉仪的检测精度。基于有限元方法,计算了聚焦入射情况下,不同直径小孔的衍射波面。分析了聚焦斑发生对准误差和倾斜误差下,对衍射波面的影响。 展开更多

关键词 物理光学 光学检测 点衍射干涉仪 矢量衍射 波前分析

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基于时域有限差分方法的点衍射波前误差分析 被引量：15

10

作者 陈琛 杨甬英 +1 位作者 王道档 卓永模 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第9期165-169,共5页

小孔的直径影响小孔衍射波前的误差,进而会影响点衍射干涉(PDI)检测的精度。基于矢量衍射理论中的时域有限差分(FDTD)方法,精确分析了可见光情况下衍射小孔直径接近以及小于入射光波长时所对应的衍射波前相对于标准球面波的偏离误差。... 小孔的直径影响小孔衍射波前的误差,进而会影响点衍射干涉(PDI)检测的精度。基于矢量衍射理论中的时域有限差分(FDTD)方法,精确分析了可见光情况下衍射小孔直径接近以及小于入射光波长时所对应的衍射波前相对于标准球面波的偏离误差。数值仿真结果表明,当小孔的直径为400 nm时,所对应的数值孔径为0.65的衍射波前的误差峰谷值小于1 nm,而误差均方根值小于0.35 nm。随着小孔尺寸的减小,其衍射波前的误差进一步减小。仿真结果原理上验证了小孔点衍射干涉方法用于实现大数值孔径球面的高精度检测的可行性,并为实际检测中点衍射小孔尺寸的选择提供了精确的数值依据。 展开更多

关键词 光学测量 点衍射干涉检测 时域有限差分法 波前误差 矢量衍射

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点衍射干涉仪中针孔衍射光强与波面误差分析 被引量：3

11

作者 朱文华 陈磊 +2 位作者 李金鹏 郑东晖 周斌斌 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2015年第6期127-133,共7页

为了研究点衍射干涉仪中针孔的横向离焦与轴向离焦对衍射光的强度与衍射参考波面误差的影响，基于菲涅耳衍射理论，建立了会聚光束经针孔衍射的数学模型，提出了将针孔衍射光的强度与衍射波面误差相结合以分析针孔衍射波前的方法，并综... 为了研究点衍射干涉仪中针孔的横向离焦与轴向离焦对衍射光的强度与衍射参考波面误差的影响，基于菲涅耳衍射理论，建立了会聚光束经针孔衍射的数学模型，提出了将针孔衍射光的强度与衍射波面误差相结合以分析针孔衍射波前的方法，并综合考虑了会聚光束F数、针孔直径等参数的影响。研究表明：会聚光束F数越大，衍射光强度与波面误差越小；横向离焦的距离应小于艾里斑半径与针孔半径之差；横向离焦的允许范围与波长和F数成正相关，与针孔直径成负相关；当光束F=10时，在0～35μm横向离焦范围内，直径1μm以内的针孔可以全程满足波面误差峰谷（PV）值优于0．1λ的要求；可以通过调整轴向离焦来调整参考光的强度，并且针孔直径越小调整越灵敏；选择直径小于艾里斑半径的针孔可以保证衍射波前误差PV值优于10^-2A，测试光的强度控制在针孔有效衍射光强的1／10附近。仿真结果为设计点衍射干涉仪和分析其精度提供了理论和数据参考。 展开更多

关键词 衍射 点衍射干涉仪 衍射光强 衍射波面误差 离焦

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点衍射干涉仪系统误差标定算法研究 被引量：4

12

作者 蒋庄德 高芬 李兵 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第16期48-56,共9页

为评估面形检测点衍射干涉仪的检测精度,提出用被检镜倾斜旋转法标定点衍射干涉仪的系统误差,研究可同时分离出被检球面镜旋转对称及旋转非对称面形误差的标定算法。将被检球面镜绕初始光轴及相对成小角度的倾斜光轴作两次平分角度旋转... 为评估面形检测点衍射干涉仪的检测精度,提出用被检镜倾斜旋转法标定点衍射干涉仪的系统误差,研究可同时分离出被检球面镜旋转对称及旋转非对称面形误差的标定算法。将被检球面镜绕初始光轴及相对成小角度的倾斜光轴作两次平分角度旋转检测,利用单次平分旋转检测数据估计出被检镜面形的旋转非对称部分,利用两次旋转检测重叠区域各点系统误差不变性构建旋转对称部分的差值方程,运用最小二乘法求解用泽尼克多项式表述的旋转对称部分的系数,估计出的被检镜面形的旋转对称部分,两者相加估计得被检镜的真实面形。从干涉仪测试数据中减去被检镜的真实面形数据计算得系统误差。分析标定原理,推导标定算法公式,并仿真验证算法正确性。仿真研究结果表明,经算法估计的被检镜面形和系统误差与仿真输入值吻合,方均根误差的差值均小于0.03 nm,残差的方均根值均小于0.3 nm,满足亚纳米级标定精度需求。 展开更多

关键词 点衍射 面形误差 衍射波面 旋转对称 旋转非对称

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用于三维测量的双路点衍射干涉系统 被引量：3

13

作者 王道档 王志超 +2 位作者 赵军 王朝 孔明 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期2146-2153,共8页

针对在仅有一个光纤对的单路点衍射三维测量系统中,存在平行于条纹的横向方向上测量精度低的问题,提出了用于三维测量的双路点衍射干涉系统。分析了点衍射波前误差、测量探头结构布局以及三维迭代重构算法对于三维测量精度的影响,在此... 针对在仅有一个光纤对的单路点衍射三维测量系统中,存在平行于条纹的横向方向上测量精度低的问题,提出了用于三维测量的双路点衍射干涉系统。分析了点衍射波前误差、测量探头结构布局以及三维迭代重构算法对于三维测量精度的影响,在此基础上确定点衍射源结构以及探头结构布局等最优系统参数。实验结果显示,单路点衍射干涉三维测量系统在xy方向的精度分别为亚微米量级和微米量级,而双路点衍射干涉仪系统可在三维方向上同时达到亚微米量级,验证了所提出的双路点衍射干涉系统方案的可行性和准确性。所提出的双路点衍射干涉系统有效的实现高精度三维测量,为无导轨三维位移和尺寸等测量提供了一种可行方法。 展开更多

关键词 三维测量 双路点衍射干涉系统 亚微米孔径光纤 精度 点衍射波前

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基于波导理论的针孔点衍射波前分析方法 被引量：2

14

作者 陈元恺 李瑶 +2 位作者 王晨 白剑 杨甬英 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期167-174,共8页

提出一种基于波导理论的针孔点衍射波前分析方法。该方法将针孔作为圆形波导,采用解析法求解波导的模式进而得到针孔后端面电场分布;根据矢量衍射理论推导出衍射波前的远场分布,最后详细分析了针孔透光率、衍射波前的强度与相位。结果表... 提出一种基于波导理论的针孔点衍射波前分析方法。该方法将针孔作为圆形波导,采用解析法求解波导的模式进而得到针孔后端面电场分布;根据矢量衍射理论推导出衍射波前的远场分布,最后详细分析了针孔透光率、衍射波前的强度与相位。结果表明,波导边界条件使针孔后端面各电场分量旋转不对称,使像散成为衍射波前的主要像差。为使透光率大于0,针孔直径必须大于0.6λ(λ为波长),以保证针孔中存在满足波导传输条件的模式。衍射波前两电场分量振幅分布的不同使衍射波前强度分布不具有旋转对称性,两者的相位差使衍射波前成为椭圆偏振光。该仿真结果为点衍射干涉仪中针孔结构的设计提供了重要的参考。 展开更多

关键词 测量 点衍射波前 电磁光学 光学仪器

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点衍射波前无镜头干涉测量中横向偏移误差校正方法 被引量：1

15

作者 徐杨波 王道档 +4 位作者 王志超 刘维 孔明 赵军 朱保华 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期158-165,共8页

为了最大程度减少误差环节,点衍射球面波前精度的干涉测量中通常采用无镜头测量方式。点衍射干涉波前在大数值孔径与大横向偏移量情况下存在的结构误差将严重影响测量精度,且无法利用传统方法加以校正。针对该问题,提出了一种基于三坐... 为了最大程度减少误差环节,点衍射球面波前精度的干涉测量中通常采用无镜头测量方式。点衍射干涉波前在大数值孔径与大横向偏移量情况下存在的结构误差将严重影响测量精度,且无法利用传统方法加以校正。针对该问题,提出了一种基于三坐标重构以及对称偏移补偿的点衍射干涉波前测量中结构误差的高精度校正方法,以实现对大数值孔径及大横向偏移点衍射球面波前无镜头成像测量中的结构误差校正。该方法首先采用三坐标重构方法对系统误差进行预校正,再针对干涉中点源横向偏移引入误差存在的对称性,采用对称横向偏移补偿对由三坐标重构误差而引入的残余结构误差进一步校正。分别进行了数值仿真和测量实验对所提出方法的可行性进行了验证。结果表明,该方法达到了λ/10000的校正精度,对于点衍射球面波前高精度测量标定以及非镜头成像干涉检测中结构误差的高精度校正具有重要的应用意义。 展开更多

关键词 测量 点衍射波前 结构误差 无镜头成像

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点衍射干涉仪波面参考源误差及公差分析 被引量：4

16

作者 代晓珂 金春水 于杰 《中国光学》 EI CAS 2014年第5期855-862,共8页

为了保留光纤点衍射干涉仪容易对准以及衍射光束易于控制的优点,同时又能实现大数值孔径(NA)光学系统的检测,设计了一种新型的波面参考源(WRS),它保留了光纤点衍射和微孔点衍射的优点,可满足大NA极紫外光刻物镜系统波像差检测的要求。... 为了保留光纤点衍射干涉仪容易对准以及衍射光束易于控制的优点,同时又能实现大数值孔径(NA)光学系统的检测,设计了一种新型的波面参考源(WRS),它保留了光纤点衍射和微孔点衍射的优点,可满足大NA极紫外光刻物镜系统波像差检测的要求。本文在分析各种误差的基础上,搭建了WRS原理光路并对WRS的系统误差标定算法进行详细的研究,得到WRS标定时旋转平台的角度公差为0.5°,跳径时偏离系数为0.5%。这一新型WRS误差分析及标定对于实现高精度的检测具有十分重要的意义,最终为实现WRS系统误差标定提供理论基础。 展开更多

关键词 光学检测 点衍射干涉仪 波面参考源 误差研究 公差分析

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