五角棱镜光学平行差的理论分析

利用矩阵光学方法,计算得出五角棱镜两种光学平行差的解析表达式,分析五角棱镜光学平行差与工作面法向矢量夹角的矩阵关系.基于Agilent激光干涉仪角度测量系统和DHC三维转台搭建实验装置,测量了Thorlabs五角棱镜的两种光学平行差.实验和解析式计算结果偏离度不超过4%.五角棱镜滚动角、偏摆角的变化等效于五角棱镜光学平行差的变化.通过坐标系变换,五角棱镜的自身误差和系统在线测量误差可以被同时标定.该研究对五角棱镜的实际加工、测量系统标定,以及高准确度面形检测提供了参考.     

五角棱镜的光束转向误差对波前测量的影响

从分析五角棱镜的角度制造误差产生的光学平行差入手，推导出确定入射光线和棱镜调整的表达式；利用棱镜转动定理建立了五角棱镜的光输出平面波前与其角度制造误差和导轨引起的运动误差之间的关系；并用计算机模拟试验分析了五角棱镜的角度制造误差和导轨引起的运动误差产生的扫描光束转向的波前误差。指出此研究结果有利于五角棱镜的加工和棱镜调整，还有利于大口径望远系统波前检测过程中扫描光束转向的波前误差的修正。     

五角棱镜光束转向波前误差的分析与检测

从分析五角棱镜的角度制造误差产生的光学平行差入手,建立起五角棱镜的光输出平面波前与运动误差和角度制造误差产生的扫描激光束转向的波前改变量之间的关系.采用渥拉斯顿棱镜型双频激光干涉仪实时测量五角棱镜的运动误差,即可计算出扫描激光束转向的波前误差,以便在大型望远系统波前测量时对此误差加以修正.     

五角棱镜制造角差及抖动对其转向角的影响

从五角棱镜的原理和特性出发,分析了在理想条件下五角棱镜的转向角不受入射角的影响,详细讨论由于五角棱镜加工角差和相对入射光束抖动对其转向角的影响,给出了相应的精确表达式。其中对于入射光在垂直于入射面抖动的情况,由于不能简单从二维几何光学关系分析,而采用了矢量分析方法,得出:当角差δβ=δθ时,入射角抖动对转向角偏差的影响可以忽略,而转向角偏差与制造角差几乎成线性关系。为五角棱镜用于计量测试误差分析提供了理论依据。结论对五角棱镜的制造也有很大理论指导的意义。     

五角棱镜角度误差对建立大尺寸平面基准的影响

用一准直光束作为基线，通过９０°折转的五角棱镜扫描，建立一个参考基准面在大尺寸测量中是一种行之有效的方法。在理想条件下，五角棱镜的折转角不受入射角的影响。由于有加工误差，光束的折转角将偏离９０°，且入射光线与扫描轴间的角运动也会影响该偏转角。本文分析了五角棱镜角度误差和扫描精度对光束折转角的影响。结果表明，五角棱镜的制造误差和工作状态将引起测量带误差，该误差是一个固定的系统误差，可以通过预先对所用的五角棱镜进行标定，在数据处理中予以修正。实验结果表明，修正后的结果具有很高的精度     

双目显微镜胶合分光棱镜的角度误差

本文通过分析,找出双目显微镜分光棱镜两出射光轴平行度误差与棱镜角度误差间的关系式。指出胶合时两单直角棱镜间的微量相对扭转只改变分光棱镜第二光学平行度大小,而对第一光学平行度几乎无影响,并由此提出利用这一点,可使棱镜第二光学平行度误差减小到一定大小,以满足两出射光轴在垂直平面上的平行性要求和棱镜像质要求。最后,给出了某双目显微镜分光棱镜的角度公差。     

高精度角度加工技术研究

激光陀螺不仅对合光棱镜角度精度有极高的要求,而且对角度和尺寸的一致性有严格的限制。为了加工这种高精度角度光学元件,提出通过手修工装母体复制出成盘加工工装,再复制出光学零件的加工方法,并分析了测角仪的测量精度、面形之间的匹配误差和平行的测量误差所引入的角度加工误差情况,提高了面形加工的平面度,避免了局部不规则现象,控制了温差对面形变化的影响。另外通过降低平行测量的误差以及减小闭合角度之间的叠加误差等具体措施也可以提高光学元件加工效率和角度加工精度。     

加工长方体的准确方法

长方体是一种角度、面形均具有高精度要求的光学工具。随着光学仪器的发展,具有高精度90°角的屋脊棱镜、直角棱镜和五角棱镜等被大量采用,长方体的需要量在不断的增加。可是,制造长方体还比较困难,需要配备高精度的测量仪器、专用工装和设备。加工出一副长方体要付出很高的代价,对具有高精度90°角的棱镜的生产十分不利。为了改变这种状况,本文对长方体的加工方法从平行差的加工、90°角的加工和90°角的检验等方面进行了介绍,实践证明效果良好。     

用“棱镜体”加工高精度棱镜

随着光学技术的发展,越来越需要广泛地采用高精度棱镜,这就给棱镜加工工艺提出了更高的要求。而现在,许多工厂对高精度棱镜的90°角大都采用“长方体”加工,但“长方体”不能解决棱镜任意角和同时解决两种光学平行差的精度要求。“棱镜体”就是将“长方体”加工棱镜90°角的原理推广到加工任意角棱镜的一种光学工具。     

五角棱镜在建立大尺寸平面基准中的应用

从五角棱镜的原理和特性出发，叙述了利用五角棱镜扫描建立大平面基准过程中，由于加工角差和当五角棱镜相对入射光束有相对运动时其出射光束的横移对平面基准的影响，提出了用衍射成像技术消除光束横移，数据计算修正棱镜的角度差的影响。     

用ZEMAX模拟五棱镜误差对平行度检测的影响

介绍了用五棱镜法检测大口径光束平行度的原理。分析了五棱镜加工的角度误差及面形误差对检测结果的影响，得出了五棱镜角度误差不影响检测结果，2个折射面的面形误差对检测结果的影响较小，2个反射面的面形误差对检测结果影响最大的结论。介绍了选择五棱镜的方法和减小面形误差影响的方法。最后，给出了用五棱镜法检测单星模拟器出射光束平行度的应用实例。     

ZEMAX辅助分析斜方棱镜面形误差对出射光平行度的影响

介绍一种根据出射光平行度要求计算斜方棱镜面形误差的方法。根据忽略局部光圈数的简化分析模型,获得面形误差对应光圈数与相关球面半径的关系,通过几何处理方法,求得一定面形误差对应的球面半径与平面倾角的关系,将斜方棱镜的工作面倾斜一定角度,运用折射定理,将具体面形误差转化为相应平面的倾斜角度,得到出射光相对于理想光轴的倾斜角度及其关系式,并在ZEMAX中建立斜方棱镜的两种模型。根据ZEMAX仿真结果,给出了各个工作面形误差分配方案,得出随着光束口径的增大,斜方棱镜反射工作面和折射工作面面形误差对出射光偏折角影响规律不同等结论。     

高精度六面体垂直度误差测量的一种新方法

介绍了一种利用波面干涉仪和精度为0.2″的端齿盘组合测量六面体相邻两面垂直度误差的新方法,建立了基于最小二乘算法的评定垂直度误差分布的数学模型,介绍了测量装置及测量实验步骤。该方法不但测量精度高,而且能够获得两个面之间垂直度误差分布数据,可用于六面体面体形位误差的高精度修形加工。针对精度为2″的标准直角棱镜的测量实验表明该方法测量结果可信,精度优于0.5″。可推广到其他多面体类零件形位误差的高精度测量。     

Interferometric method of checking parallelism and prism angles

Examples are given of a quick and convenient method of testing optical components: the parallelism of glass blocks; the 90° angle error and pyramidal error of a porroprism; and the error in the 45° angles of a right angle prism. A He-Ne laser source is used and the component to be tested acts as an interferometer.     

角锥棱镜的远场衍射特性

角锥棱镜具有空间反射特性，广泛用作激光测距的合作目标，不同的使用情况有不同的精度要求，对用于远距离测距的角锥棱镜其远场衍射特性将直接影响测距效果。通过对角锥棱镜角度误差和面形误差的分析，建立了具有角度误差和面形误差的角锥棱镜的出射波面的波差分布，并按照光波的衍射原理计算具有误差的角锥棱镜的远场衍射图。通过衍射图可以看出出射光束的发散程度随着角度误差的增加而增加，直至完全分离成六束光束。同时，面形误差的增加将导致衍射图的急剧恶化，使出射光束的质量明显降低。角锥棱镜的衍射特性对角锥棱镜的设计和评价具有指导意义。