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CGH补偿器:革命性的光学表面测量技术

发布时间: 2026-04-30   点击: 2

1971年,美国Itek公司A. J. MacGovern 和J. C. Wyang提出在干涉测量中使用计算全息(Computer Generated Holograms, CGH)对非球面进行检测,随后该技术在高精度光学元件检测(非球面、自由曲面、柱面镜等)中得到了广泛的应用。

对很多人来说,“什么是CGH补偿器?”听起来可能很抽象,我们可以这样理解:

· 干涉仪原来只能检测规则波前(球面或平面)

· CGH补偿器能把光的波前提前设计好,让干涉仪输出一个“理想波前”去检测非球面

换句话说,CGH补偿器先在计算机里模拟出理想的光波相位,再把这个相位“写入”到一个微结构元件上。这个微结构会衍射入射光,使光波在空间里正确“弯曲”到与被测面匹配,从而实现测量。



 


1. Zemax设计CGH实例

在Zemax通常可以用Bianry1、Bianry2、Zernike Fringe Phase等面形来表征CGH衍射面,Bianry1可用于柱面检测中CGH设计,Bianry2可用于同轴非球面CGH设计,Zernike Fringe Phase可表征复杂面型、同时便于加倾斜、离轴等载频信息(避免鬼像干扰)适用于非球面、自由曲面、离轴面、柱面等CGH设计。以下为一同轴非球面的CGH设计,其残余波像差为0.


 

2、CGH功能区域

为了更好地调整CGH、干涉仪、被测镜的位姿关系,CGH上会制作相对应的对准全息和特征点全息,以方便快速安装好CGH与被测镜,大大减少调整时间。


 

3. CGH类型

Zemax中CGH设计完成后,需要将面型相位数据转码为可加工数据进行加工,如激光直写需提供CIF、GDSII等格式数据。CGH分为振幅型和位相型或两者混合组成。振幅型在基板表面镀铬形成CGH图形,位相型通过刻蚀一定的相位深度来制作CGH(如两台阶刻蚀深度λ/2(n-1), λ为检测波长、n为材料折射率)。当占空比为0.5时,振幅型CGH的±1级最大衍射效率为10%;相位型CGH的±1级最大衍射效率40%。振幅型CGH通常用于高反射率镜面;相位型CGH可用于未镀膜的低反射率镜面。


 

 

4.CGH加工精度

CGH精度由基底材料的面形、透射波前和衍射图形加工精度决定,如根据被检镜子精度为λ/30,基底的透射波前应至少优于λ/60,高精度的基板是制作CGH的关键。目前本公司可以提供1/100-1/600λ高精度基板(6nm-1nm),衍射微结构图形线宽和深度误差影响CGH衍射效率的同时也会对CGH波前产生误差,这需要针对具体设计分析,并根据分析对加工提要求。


 

CGH刻线位置误差是影响CGH误差的最重要来源之一,目前本公司采用的高精度激光直写或电子束直写的刻线位置误差可达到100nm-10nmCGH尺寸可生产4-12寸不同系列的CGH(振幅型、位相型、振幅位相混合型CGH,适用于高、低反射率),最小线宽可达600纳米。

 


5、关于我们

我们专注于半导体、航天航空、民用消费等光学系统 CGH计算全息图设计、测量系统研发与构建、光学系统检测与装调、多视场波像差测量等领域,提供从元件级到系统级的完整评价方案,让测量不再受限于系统形态,让像质真正“可见”。如果你有任何测量需求,请找上海奥麦达!高精度CGH设计制造,请找上海奥麦达https://www.omedasemi.com