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，中科院上海光机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：https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2026.109705