同济大学物理科学与工程学院王占山教授、黄秋实教授和余俊助理教授团队在物理光学领域权威期刊《光学快讯》（Optics Express）发表题为“Mixed stitching interferometry with correction from one-dimensional profile measurements for high-precision X-ray mirrors”的论文。
该研究针对大科学装置用X射线反射镜，发展了一种混合拼接干涉测量方法，通过结合一维轮廓测量来校正子孔径拼接中的角度误差，能有效地抑制传统算法拼接测量中二阶和高阶轮廓的误差累积，为X射线曲面反射镜的精密测量提供了新方法。
拼接干涉测量被广泛用于同步辐射和自由电子激光领域的X射线反射镜的二维形貌测量，而由子孔径姿态偏差引起的误差累积是影响拼接精度的关键问题。一类纠正拼接误差的方法是利用其他仪器对子孔径姿态或反射镜的低频轮廓进行监控测量，再与干涉仪子孔径数据进行融合，这被称为"混合拼接"。
王占山和黄秋实等团队提出了一种新颖的X射线反射镜混合拼接干涉测量方法并进行了系统的实验验证。采用Fizeau干涉仪对反射镜子孔径局部二维形貌进行精确测量；采用接触式轮廓仪/纳米光学计量仪（NOM）对整个镜面的一维轮廓进行测量，以校正拼接中子孔径的角度误差累积。理论模拟表明，该方法本身引入的误差几乎可以忽略。在实际测量中，拼接误差主要受一维轮廓测量精度的影响。在利用常规的接触式轮廓仪测量中，通过对不同位置的多条一维轮廓进行平均和平滑，抑制接触式轮廓仪的重复性误差，由此与子孔径形貌数据融合校正和优化后，反射镜表面轮廓误差的RMS值减小为传统算法拼接测量结果的三分之一。利用更高精度的NOM仪器进行混合拼接测量后，混合拼接算法引入的中心线残余面形误差仅为0.8nm (RMS)。
图1不同拼接的示意图。(a)测试的子孔径。(b)全局拼接算法调整姿态后的子孔径。(c)一维轮廓辅助下调整姿态后的子孔径。(d)根据一维轮廓校正拼接系数的算法的说明。
图2使用全局拼接算法、接触式轮廓仪、MSI-CP和NOM测量椭圆柱面镜的结果的比较。(a)原始中心线轮廓的高度(b)去除最佳拟合椭圆后的中心线的残余误差
本文提出的方法具有较高的精度和相对简单的测量程序，为X射线曲面反射镜的二维形貌的精确计量提供了一种新方法。在其他光学制造领域，对于强弯曲反射镜的二维面形测量，也有较好的应用潜力。
同济大学物理科学与工程学院黄秋实教授、余俊助理教授为论文通讯作者，学院博士研究生吴桥宇为论文第一作者。对论文具有突出贡献的合作者还包括同济大学物理科学与工程学院王占山教授、张众教授、博士后盛鹏峰、博士研究生朱一帆、顾维宸和中科院上海高等研究院的罗红心研究员、何玉梅高级工程师。
论文信息：
Qiaoyu Wu, Qiushi Huang, Jun Yu, Yifan Zhu, Weichen Gu, Pengfeng Sheng, Yumei He, Hongxin Luo, Zhong Zhang, and Zhanshan Wang, "Mixed stitching interferometry with correction from one-dimensional profile measurements for high-precision X-ray mirrors," Opt. Express 31, 16330-16347 (2023).
https://doi.org/10.1364/OE.486829
