一、前言

      非球面是指光学元件表面不完全符合球面形状，而是呈现出不规则的形状，如非球面透镜、非球面反射镜等。这种形状的制备需要高精度的加工技术，且制造出的非球面元件也容易出现各种缺陷，如表面光滑度差、形状偏差等。因此，对于非球面元件的制造和检测，是光学领域中非常重要的一部分。本文将介绍一种常用的非球面元件检测方法：CGH。

二、CGH概述

CGH(Computer Generated Hologram)又称计算机全息图，是一种用计算机生成的全息图像，能够准确地描述非球面元件的形状和表面质量。CGH的生成过程包括两个步骤：第一步是通过计算机软件生成一幅数字全息图像，该图像是通过将光线反射或折射后的相位信息转化成像素点的亮度信息得到的；第二步是将数字全息图像制作成物理全息图像，该过程需要使用光刻技术将数字全息图像转化成光学元件。制作好的物理全息图像与非球面元件一起使用，可以通过干涉的方法测量非球面元件的表面形状和误差。

三、检测非球面元件的基本步骤

1.制作CGH光栅：

      制作CGH光栅是CGH检测非球面的核心步骤。光栅是一种用于将激光分成多个光束的光学元件。如图1所示，CGH光栅可以通过计算机模拟来设计，并使用光刻技术制作。制作完成后，需要使用光学仪器进行测试和调整，以确保光栅的精度和稳定性。

图1 CGH制作示意图

2.激光扫描样品：

在完成样品和CGH光栅的制备后，需要将激光束照射到样品表面，并通过光栅将激光分成多个光束。这些光束将在样品表面反射，形成一系列的干涉条纹。

3.记录干涉条纹：

使用摄像机或其他光学仪器记录干涉条纹。干涉条纹的形状和数量可以反映样品表面的形状。通过对干涉条纹进行处理和分析，可以得到样品表面的形貌信息。

4.处理数据：

图2 波前三维图

5.结果呈现

最终的结果可以通过计算机图形软件进行呈现和可视化。结果可以以二维或三维形式显示，以便进行分析和比较。同时，可以通过调整CGH光栅的参数来控制检测精度和范围，以适应不同的应用需求。

四、CGH的优缺点

优点：

      精度高：CGH可以提供非常高的光学精度，可以制造高质量的非球面光学元件，这些元件比传统球面透镜具有更好的成像性能。灵活性：与传统机械加工制造非球面透镜相比，CGH技术可以制造更加灵活、多样化的非球面光学元件。

缺点：

      设计复杂：CGH需要使用复杂的计算机模拟和设计软件，因此需要有高水平的技术和专业知识才能使用该技术。易受干扰：CGH技术在制造过程中对于环境和噪声的影响比较敏感，这会影响到其制造的精度和稳定性，且需要特殊设备。