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超强激光科学卓越创新简报

(第七百六十三期)

2026年4月4日

上海光机所提出形变驱动的自适应变频相位偏折测量技术

近日，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光元件技术与工程部魏朝阳研究员团队，在大曲率光学表面精密测量方面取得进展，相关成果以“Deformation-driven adaptive fringe deflectometry for measurement of surfaces with large local curvature”为题，发表于Optics and Lasers in Engineering。

相位偏折术具有非接触、大动态范围、高鲁棒性等优势，适用于光学复杂表面面形检测，是当前超精密检测领域的重要发展方向。然而传统相位偏折术采用均匀频率条纹，在测量局部大曲率元件表面时会发生条纹局部压缩与混叠，降低全口径表面中低频表征能力。使用低频条纹虽然可以提升大曲率区域测量稳定性，但会牺牲平缓区域的相位灵敏度，难以兼顾全口径测量性能。针对上述挑战，研究团队提出了一种形变驱动的变频相位偏折测量方法。该方法首先利用低频条纹建立待测镜的相机-屏幕像素映射关系，并基于该映射形变场的雅可比矩阵构建像素级空间频率模型，将理想相机端目标频率逆向映射至屏幕端，实现条纹频率的全场自适应调控（图1），进而实现全口径中低频形貌信息高精度解调。

实验结果表明，该方法在测量具有塌边的局部大曲率光学元件时，有效抑制了边缘区域的条纹混叠现象，实现了全口径范围内的三维面形稳定重建。相比于传统高频条纹方法在全口径测量中的失效（图2），本方法全口径测量残差均方根（RMS）为89.07 nm，测量精度提高了66倍。相比于传统低频条纹方法，本方法在中间平缓区域实现了3.53 nm的残差RMS，测量精度提高了4倍（图3）。

相关研究得到了中国科学院战略性先导科技专项、中国科学院青年创新促进会会员、国家自然科学青年基金项目的支持。

原文链接

图1 形变驱动的变频相位偏折测量方法流程图

图2 不同PMD方法全口径测量结果对比

图3 不同PMD方法中间平缓区域测量结果对比

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