.INT 文件格式的干涉儀數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)換為 .DAT 文件格式并附加到 OpticStudio 中的 Grid Sag 表面。但是在數(shù)據(jù)導(dǎo)入之前，用戶可能需要通過旋轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)來調(diào)整干涉數(shù)據(jù)的方向。數(shù)據(jù)的方向取決于表面形狀和測量數(shù)據(jù)的鏡頭表面。
為了理解完整的工作流程，我們將執(zhí)行一個理想實(shí)驗(yàn)。假設(shè)我們有一個等凹或等凸透鏡。此外，讓我們假設(shè)來自每個表面的干涉數(shù)據(jù)彼此相同，雖然現(xiàn)實(shí)中是極不可能的，但我們將對這個練習(xí)做出假設(shè)。
問題如下：我們是否可以在 OpticStudio 中將相同的干涉儀數(shù)據(jù)附加到鏡頭模型的左側(cè)和右側(cè)以模擬其測量性能？答案是否定的，我們需要調(diào)整數(shù)據(jù)方向，我們將在后面的討論中看到。
Zygo 使用原生 XXX.DAT 文件格式作為其內(nèi)部定義格式，但它將測量結(jié)果導(dǎo)出為廣泛使用的 XXX.INT 干涉文件格式，其他干涉儀制造商也共享該格式。為了使我們的模型基于真實(shí)的測量數(shù)據(jù)，我們必須生成 Zygo 或其他干涉儀 XXX.INT 文件。
然后，需要將 XXX.INT 干涉文件轉(zhuǎn)換為 OpticStudio 的 YYY.DAT 文件格式，以附加到OpticStudio網(wǎng)格矢高面上。文件>轉(zhuǎn)換 > 轉(zhuǎn)換文件格式菜單下的 INT 網(wǎng)格轉(zhuǎn) OpticStudio DAT 工具為從干涉儀制造商到 OpticStudio 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換提供了內(nèi)置解決方案。
在文件轉(zhuǎn)換階段，必須注意文件命名法，以防止出現(xiàn) OpticStudio YYY.DAT 文件覆蓋原始內(nèi)部 Zygo XXX.DAT文件。
光學(xué)表面上的干涉圖數(shù)據(jù)方向為了了解在 OpticStudio 中將干涉圖數(shù)據(jù)文件附加到光學(xué)表面之前所需的調(diào)整，讓我們回顧一下測量數(shù)據(jù)與 OpticStudio 約定之間的方向和映射。在本節(jié)中，我們將討論如何根據(jù)鏡頭的形狀（即凸面或凹面）和表面方向來準(zhǔn)備測量數(shù)據(jù)。
首先，讓我們回顧一下凸面光學(xué)元件的數(shù)據(jù)方向。下圖解釋了凸面和生成的干涉圖文件之間的映射關(guān)系。被測表面上的基準(zhǔn)點(diǎn)在干涉圖中具有相同的方向。
基于此，在將測得的干涉圖數(shù)據(jù)附加到 OpticStudio 中的表面之前，需要進(jìn)行以下調(diào)整步驟作為準(zhǔn)備，具體取決于表面是反射的還是折射的，以及它是折射元件的前（左）還是后（右）表面。
●反射面：附加 OpticStudio 生成的 YYY.DAT 文件直接到曲面。
●折射元件的前（左）表面：附加 OpticStudio 生成的 YYY.DAT 文件直接到曲面。
●折射元件的后（右）表面：在安裝 YYY.DAT 文件到曲面之前，需要調(diào)整其方向。由于在 OpticStudio 中，鏡頭正面和背面的 Z 軸方向相同，這意味著局部誤差會改變符號，因此測得的干涉圖數(shù)據(jù)必須反轉(zhuǎn)。此外，由于 OpticStudio 中鏡頭正面和背面的 X 軸方向相同，這意味著局部誤差需要左右翻轉(zhuǎn)，因此數(shù)據(jù)也需要繞 X 軸翻轉(zhuǎn)。
有幾種方法可以對鏡頭的背面進(jìn)行調(diào)整。第一種選擇是使用 Zygo 干涉儀內(nèi)部軟件，第二種方法是使用本文附帶的 Python 腳本將干涉儀數(shù)據(jù)反轉(zhuǎn)，即針對 DAT文件更改 Z 值的符號并且繞 X 軸翻轉(zhuǎn)矢高圖。為了使用該腳本，必須在計(jì)算機(jī)上安裝 Python。
使用附帶的 flipGridSag.py 腳本，兼容選擇 OpticsStudio 的 YYY.DAT 文件，然后可以相關(guān)Z軸反轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)并繞 X 軸翻轉(zhuǎn)。生成的輸出文件在與原始 OpticStudio YYY.DAT 相同的文件夾中創(chuàng)建，擴(kuò)展名為 _INV_FLIPX 的 DAT 文件。
同樣，讓我們看看凹面光學(xué)元件的數(shù)據(jù)方向。下圖解釋了凹面和生成的干涉圖數(shù)據(jù)之間的映射關(guān)系。由于表面前面的中間焦點(diǎn)，被測凹面上的基準(zhǔn)點(diǎn)在干涉圖中沿 X 和 Y 方向翻轉(zhuǎn)。此操作相當(dāng)于繞 Z 軸旋轉(zhuǎn) 180 度，這可以在 OpticStudio 中通過定義表面傾斜/偏心屬性下的 Tilt Z 參數(shù)或使用坐標(biāo)間斷并在那里定義 Tilt About Z 參數(shù)輕松完成。
基于此，在將測得的干涉儀數(shù)據(jù)附加到 OpticStudio 中的表面之前，需要執(zhí)行以下準(zhǔn)備步驟，具體取決于表面是反射的還是折射的，以及它是折射元件的前（左）還是后（右）表面。
●反射面：附加 OpticStudio 生成的 YYY.DAT 文件拖動到曲面上，并將其繞 Z 軸旋轉(zhuǎn) 180 度。
●折射元件的前（左）表面：附加 OpticStudio 生成的 YYY.DAT 文件拖動到曲面上，并將其繞 Z 軸旋轉(zhuǎn) 180 度。
●折射元件的后（右）表面：反轉(zhuǎn) YYY.DAT 文件并繞 X 軸翻轉(zhuǎn)，然后再連接到曲面，然后繞 Z 軸旋轉(zhuǎn) 180 度。通過運(yùn)行隨附的 flipGridSag.py 腳本，可以輕松反轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)干涉測量數(shù)據(jù)文件。
基于上一節(jié)中討論的理論考慮，我們來研究一下真實(shí)的用例。將測得的干涉儀數(shù)據(jù)導(dǎo)入 OpticStudio，然后驗(yàn)證如果遵循上述建議的準(zhǔn)備步驟，仿真結(jié)果與測量結(jié)果是否吻合良好。
作為第一種情況，讓我們使用帶有凸鏡的雙通系統(tǒng)，規(guī)格如下：
●透明半直徑：25.85 mm
●半徑：111.9837 毫米 [注：半徑在 Zygo 生成的XXX.DAT數(shù)據(jù)文件中標(biāo)明]
下圖顯示了孔徑為 51.7 mm 的凸面的 Zygo 干涉圖。根據(jù)表面的干涉測量結(jié)果，峰谷波前誤差等于 0.433 waves，RMS 波前誤差等于 0.084 waves， 測量波長 632.8 nm。
從 Zygo 中，測得的干涉圖可以導(dǎo)出為 .INT 文件。要將 .INT 文件轉(zhuǎn)換為兼容 OpticStudio 的 .DAT 文件，才可直接導(dǎo)入到網(wǎng)格矢高表面，我們可以在文件>轉(zhuǎn)換>轉(zhuǎn)換文件格式下使用 INT 網(wǎng)格轉(zhuǎn) OpticsStudio 的 DAT 轉(zhuǎn)換器，如下所示。
在轉(zhuǎn)換文件格式工具中，我們可以從 Zygo 中選擇 XXX.INT 文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換，我們可以定義原始干涉圖中使用的孔徑直徑，在本例中為 51.7 mm。
為了驗(yàn)證我們是否可以附加 YYY.DAT 文件直接加載到鏡面，我們創(chuàng)建一個帶有近軸透鏡的雙通系統(tǒng)，其中近軸透鏡折射準(zhǔn)直入射光束，使所有光線都垂直照射到鏡面。這種設(shè)置完全模擬了干涉儀測量表面形狀的方式。
首先，在 System Explorer 中，在 Aperture 選項(xiàng)卡下，將 Aperture Type 設(shè)置為 Float By Stop Size。然后在鏡頭數(shù)據(jù)編輯器中，將 STOP 表面設(shè)置為位于鏡面上，并根據(jù)測量結(jié)果將其 Semi-Diameter 設(shè)置為 25.85 mm，半徑設(shè)置為 111.9837 mm。
接下來，在 System Explorer 的 Wavelengths 選項(xiàng)卡下，將 Wavelength 設(shè)置為 632.8 nm，這是干涉測量中使用的波長。
下一步，在鏡面之前添加一個厚度為 38.0163 mm 且焦距為 150 mm 的近軸表面，以模擬透射。然后，使用 Make Double Pass 工具創(chuàng)建穿過先前指定表面的雙通通道，該通道表示反射在系統(tǒng)中傳播回。由于在這種情況下，近軸透鏡用于與準(zhǔn)直入射光束的無限共軛，因此其 OPD 模式參數(shù)應(yīng)設(shè)置為 2。
最后，將鏡面類型更改為 Grid Sag surface，然后 OpticsStudio 生成 YYY.DAT 文件可以在 Surface Properties > Import 選項(xiàng)卡下導(dǎo)入到曲面，如下所示：
此時，通過干涉測量法對凸面進(jìn)行建模的雙通道系統(tǒng)應(yīng)如下所示。
現(xiàn)在，我們可以檢查表面矢高圖，以驗(yàn)證鏡子的形狀。為了最好地可視化較小的制造誤差，請將 Remove 選項(xiàng)設(shè)置為 Base Radius，以從當(dāng)前矢高中減去基礎(chǔ)曲率半徑，并僅報(bào)告差異。正如預(yù)期的那樣，根據(jù)測量結(jié)果，表面矢高圖在表面中心顯示一個峰值。這意味著從定性的角度來看，Zygo 測量和 OpticStudio 模擬方法之間的數(shù)據(jù)匹配。
為了對結(jié)果進(jìn)行數(shù)值驗(yàn)證，除了定性分析之外，我們還可以使用 Wavefront Map 工具。由于這是一個模擬干涉儀如何測量表面形狀的雙通道模型，因此我們預(yù)計(jì)峰谷（0.433 waves）和 RMS（0.084 waves）波前誤差將與測量值相比翻倍，因?yàn)闇y量結(jié)果報(bào)告為透射。讓我們在 Wavefront Map 上仔細(xì)檢查一下。
正如預(yù)期的那樣，在雙通道仿真設(shè)置中，峰谷（0.8686 waves）和 RMS（0.1617 waves）波前誤差的數(shù)值是測量時報(bào)告的兩倍。波前映射的形狀似乎是倒置的，在中心顯示谷值而不是峰值，這是因?yàn)樵?OpticStudio 中，波前誤差被定義為主光線和光瞳光線之間的光程差。這可以解釋為沿光線傳播方向查看波前，因此在這種情況下，從鏡子向圖像平面看。這與 Zygo 從源到鏡子的觀察方式相反，因此這解釋了波前形狀的翻轉(zhuǎn)。
根據(jù)凸鏡的第一個實(shí)驗(yàn)，我們可以得出結(jié)論，OpticStudio 生成了 YYY.DAT 數(shù)據(jù)文件可以直接附加到表面模型，定性和定量結(jié)果都與預(yù)期非常吻合。
我們通過上述方式介紹了如何將Zygo表面測量的干涉儀數(shù)據(jù)導(dǎo)入至OpticStudio中作為表面進(jìn)行建模，并通過一個理想示意系統(tǒng)驗(yàn)證了該方法的可行性。本文為該系列文章的第一篇，后續(xù)文章我們將利用一些更為實(shí)際的系統(tǒng)，進(jìn)行更加全面的嘗試和介紹。
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