摘要：表面的干涉仪数据包含不规则度的相关信息，包括旋转对称不规则性 (RSI)、用于确定中空间频率的斜率误差以及其他表面形状制造误差。这些制造误差取决于在球面或非球面上进行的抛光类型，可以是传统的沥青抛光、高速抛光以及磁流变抛光 (MRF)。由于很难使用 Zerni

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表面的干涉仪数据包含不规则度的相关信息，包括旋转对称不规则性 (RSI)、用于确定中空间频率的斜率误差以及其他表面形状制造误差。这些制造误差取决于在球面或非球面上进行的抛光类型，可以是传统的沥青抛光、高速抛光以及磁流变抛光 (MRF)。由于很难使用 Zernike 项来模拟所有这些类型的表面形状变化，因此确定表面误差如何影响整体系统级性能的最佳方法是在 OpticStudio 中将测得的干涉仪数据直接链接到光学表面。

在第一部分的文章中，我们演示了如何根据表面形状和方向将干涉测量数据导入 OpticStudio，本部分文章我们将引入更多的实例演示。

双凸透镜

作为实际演示案例，让我们使用与之前相同的规格对双凸透镜进行建模：

为了验证我们可以附加 OpticStudio 生成的 YYY.DAT 文件至镜头的前表面，并针对镜头后表面使用倒置和翻转数据文件，我们创建了一个镜头系统。镜头中名义双凸透镜与导入数据透镜一起完美地聚焦准直入射光束，而不会产生残余波前误差。我们使用多重结构系统，其中第一个结构包含名义双凸透镜，而第二个结构添加了干涉测量结果。

与以前类似，光圈类型设置为按光阑尺寸浮动，但光阑表面是具有 25.85 mm半直径的虚拟表面，位于双凸透镜前 5 mm处。

在测试的双凸透镜基础上，使用透镜曲率半径和后表面圆锥系数优化名义结构 RMS 波前误差，名义结构的波前误差基本上为 0（RMS 波前误差：0.0001 waves）。

导入后数据，OpticsStudio 生成了 YYY.DAT 文件导入到镜头的前表面，并将翻转和倒置的数据文件导入到镜头的背面，即多重结构 OpticStudio 模型，如下所示。

我们可以在 Surface Sag 图中验证透镜的形状。正如预期的那样，与前表面相比，后表面的形状是完全相反的 (Z 轴方向相同)，这意味着局部特征是相反的。这显示了与 OpticStudio 中的半径符号规约相同的行为。

与前一种情况相比，在这种情况下，波前映射分析也只能用作定性检查，因为确切的波前误差值也取决于透镜的厚度和光线入射角。正如预期的那样，在这种情况下，波前映射在中心显示一个峰值，类似于本文凸面镜部分中显示的 Zygo 测量，因为两者都沿同一方向观察波前，从物面到像面。

根据这个双凸透镜的实验，我们可以得出结论，OpticStudio 生成的 YYY.DAT 数据文件可以直接贴在镜头的前表面，而倒置和翻转的数据文件可以用于镜头的后表面。定性结果与测得的 Zygo 数据非常吻合。

凹面镜

接下来，让我们使用带有凹面镜的双通系统，规格如下：

下图显示了孔径为 42.2 mm 的凹面的 Zygo 干涉图。根据干涉测量结果，峰谷波前误差等于 0.306 waves，RMS 波前误差等于 0.063 waves，测试波长 632.8 nm。

在文件转换阶段，必须注意文件命名法，以防止出现 OpticStudio YYY.DAT 文件覆盖原始内部 Zygo XXX.DAT文件。与凸面情况一致，测得的干涉图可以导出为 .INT 文件，使用 INT Grid to OpticStudio DAT 转换器工具可以转换为兼容的 OpticStudio 文件 .DAT 文件。在转换文件格式工具中，我们可以从 Zygo 中选择 XXX.INT 文件，定义孔径直径 (在本例中为 42.2 毫米)，然后将 .DAT 文件可以直接导入到 Opticstudio 中的网格矢高表面。

文件转换后，我们可以像凸透镜一样设置一个双通系统，以验证是否可以附加生成的 YYY.DAT 文件直接到相反的表面。同样，为了准确模拟 Zygo 干涉测量，我们在设置中使用近轴透镜来折射准直入射光束，使所有光线都正入射到镜面。

与凸面镜一样，Aperture Type 设置为 Float By Stop Size，并且 STOP 位于反射面上。根据测量结果，镜面半直径设置为 21.1 mm，其曲率半径设置为 -78.587 mm，波长设置为 632.8 nm 测量波长。

在这种情况下，我们使用厚度和焦距为 100 mm 的近轴表面来模拟透射球和凹面镜前的中间焦点。从中间焦点到镜子的厚度等于镜子的曲率半径以确保正入射。

最后，在网格矢高凹面镜周围使用一对坐标中断，并将 Tilt About Z 参数设置为 180 度，以考虑表面的正确方向。此时，通过干涉测量法对凹面进行测量的双通道系统应如下所示。

我们可以根据表面矢高图验证反射镜的形状。与凸面镜情况类似，为了分析表面矢高形状，从当前矢高轮廓中移除基底半径，以仅关注较小的制造误差。正如预期的那样，根据测量值，Surface Sag 图在表面中心显示一个谷值。

为了仔细检查数值结果，我们可以使用 Wavefront Map 分析。由于它是一个双通模型，我们预计峰谷 (0.306 waves) 和 RMS (0.063 waves) 波前误差值将与传输中报告的测量结果相比翻倍。

正如预期的那样，在双通仿真设置中，峰谷 (0.6106 waves) 和 RMS (0.1250 waves) 波前误差的数值是干涉测量的两倍，其中结果以透射形式报告。同样在这个镜像案例中，与 Zygo 结果相比，波前映射似乎是倒置的，但是由于 OpticStudio 中的波前误差定义，使用主光线和光瞳光线之间的光程差，这种倒置是意料之中的。

根据这个凹面镜的实验，我们可以得出结论，OpticStudio 生成了 YYY.DAT 数据文件可以直接附加到表面模型，但是为了在绘图上正确渲染数据，镜面需要绕 Z 轴旋转 180 度。一旦完成，定性和定量结果都与测量数据非常吻合。

双凹透镜

最后，让我们用和以前相同的规格来建模一个双凹透镜：

为了验证我们是否可以附加 OpticStudio 生成的 YYY.DAT 文件添加到镜头的前表面，并使用镜头后表面的倒置和翻转数据文件，我们创建了一个多重结构系统，其中名义双凹透镜被两个额外的透镜包围，完美地聚焦准直入射光束，没有残余波前误差。在设置中，第一个结构包含名义双凹透镜，而第二个结构添加了干涉测量数据。

与双凸透镜的情况类似，光圈类型设置为按光阑尺寸浮动，但光阑表面是具有 21 mm 通光直径的虚拟表面，位于第一个镜头前 15 mm处。

额外透镜的半径和厚度针对名义结构中的最小 RMS 波前误差进行了优化。因此，名义结构的波前误差基本上为零（RMS 波前误差：0.0005 个waves）。

导入后，OpticsStudio 生成了 YYY.DAT 文件导入到镜头的前表面，并将翻转和反转的数据文件导入到镜头的后表面，多重结构如下所示。请注意，在镜头表面周围再次使用坐标间断，并将 Tilt About Z 参数设置为 180 度，以将表面调整到正确的方向。

我们可以使用 Surface Sag 图来验证镜头的形状。正如预期的那样，与镜头的前表面相比，后表面是倒置的，类似于双凸透镜的情况。

同样，在这种情况下，波前映射分析只能用作定性检查。正如预期的那样，波前图在中心显示了一个谷值，类似于本文的凹面镜部分所示的 Zygo 测量，因为两者都在同一方向上观察波前，从物面到像面。

根据对双凹透镜的最后一次实验，我们可以得出结论，OpticStudio 生成了 YYY.DAT 数据文件可以附加到镜头的前表面，而倒置和翻转的数据文件可用于镜头的后表面。同样，由于凹面形状，在表面周围使用了额外的坐标间断来正确定向干涉数据。定性结果与测量数据非常吻合。

总结

我们通过上述方式介绍了如何将Zygo表面测量的干涉仪数据导入至OpticStudio中作为表面进行建模，并通过一个理想示在本文中，我们讨论了在将数据导入 OpticStudio 之前，如何通过旋转、翻转和反转来调整测量的干涉图数据的方向，具体取决于表面的形状以及它是镜头的正面还是背面。根据测试结果，所需的准备步骤可以总结如下。意系统验证了该方法的可行性。本文为该系列文章的第二篇，后续文章我们将利用一些更为实际的系统，进行更加全面的尝试和介绍。

凸面

凹面

来源：武汉宇熠