一、前言

      非球面是指光學元件表面不完全符合球面形狀，而是呈現出不規則的形狀，如非球面透鏡、非球面反射鏡等。這種形狀的制備需要高精度的加工技術，且制造出的非球面元件也容易出現各種缺陷，如表面光滑度差、形狀偏差等。因此，對于非球面元件的制造和檢測，是光學領域中非常重要的一部分。本文將介紹一種常用的非球面元件檢測方法：CGH。

二、CGH概述

CGH(Computer Generated Hologram)又稱計算機全息圖，是一種用計算機生成的全息圖像，能夠準確地描述非球面元件的形狀和表面質量。CGH的生成過程包括兩個步驟：第一步是通過計算機軟件生成一幅數字全息圖像，該圖像是通過將光線反射或折射后的相位信息轉化成像素點的亮度信息得到的；第二步是將數字全息圖像制作成物理全息圖像，該過程需要使用光刻技術將數字全息圖像轉化成光學元件。制作好的物理全息圖像與非球面元件一起使用，可以通過干涉的方法測量非球面元件的表面形狀和誤差。

三、檢測非球面元件的基本步驟

1.制作CGH光柵：

      制作CGH光柵是CGH檢測非球面的核心步驟。光柵是一種用于將激光分成多個光束的光學元件。如圖1所示，CGH光柵可以通過計算機模擬來設計，并使用光刻技術制作。制作完成后，需要使用光學儀器進行測試和調整，以確保光柵的精度和穩定性。

圖1 CGH制作示意圖

2.激光掃描樣品：

在完成樣品和CGH光柵的制備后，需要將激光束照射到樣品表面，并通過光柵將激光分成多個光束。這些光束將在樣品表面反射，形成一系列的干涉條紋。

3.記錄干涉條紋：

使用攝像機或其他光學儀器記錄干涉條紋。干涉條紋的形狀和數量可以反映樣品表面的形狀。通過對干涉條紋進行處理和分析，可以得到樣品表面的形貌信息。

4.處理數據：

圖2 波前三維圖

5.結果呈現

最終的結果可以通過計算機圖形軟件進行呈現和可視化。結果可以以二維或三維形式顯示，以便進行分析和比較。同時，可以通過調整CGH光柵的參數來控制檢測精度和范圍，以適應不同的應用需求。

四、CGH的優缺點

優點：

      精度高：CGH可以提供非常高的光學精度，可以制造高質量的非球面光學元件，這些元件比傳統球面透鏡具有更好的成像性能。靈活性：與傳統機械加工制造非球面透鏡相比，CGH技術可以制造更加靈活、多樣化的非球面光學元件。

缺點：

      設計復雜：CGH需要使用復雜的計算機模擬和設計軟件，因此需要有高水平的技術和專業知識才能使用該技術。易受干擾：CGH技術在制造過程中對于環境和噪聲的影響比較敏感，這會影響到其制造的精度和穩定性，且需要特殊設備。