用矢量方法分析角锥棱镜的反射特性

从现代光学角度出发,利用反射、折射定律的矢量表达式,详细分析了理想角锥棱镜对光的反射特性以及角锥棱镜存在直角误差时对其光路的影响,并用大量公式进行了理论推导和论证.同时指出要在高精度测量过程中提高检测精度,任何一个角度误差都不能忽略.该分析结果对实际工作中应用角锥棱镜作为逆向反射器所造成的误差的修正具有指导意义.     

角锥棱镜的误差引起的反射光束相位误差分析

提出一种计算角锥棱镜反射光束相位误差的方法.光束通过非理想角锥棱镜时会引入一个附加光程差,从而改变光束的相位特性和反射光束的传播方向.在小误差近似条件下,采用光线追迹法建立了一个有效的数学模型,计算角锥棱镜的二面角误差和反射面面型误差引起的传输光束的附加相位,并分析了该模型的理论误差.在二面角误差为1",反射面面形光圈数小于0.5的条件下,该模型的数值仿真结果显示角锥附加相位具有高度的中心对称性,附加相位对入射光束引入的相位平均斜率为零,这一特性与误差的种类和大小无关.角锥棱镜的附加相位模型为分析其在应用中给系统带来的误差提供了一个新的方法,有助于指导不同应用场景中所使用角锥棱镜的加工指标要求.     

角锥棱镜的直角面面形问题

从一个侧面论述了角锥棱镜直角面面形误差所导致的出射波面像差及两面直角误差之间的定量关系 ,因而可以分别从后两者的精度要求提出对面形误差的要求。对于高精度的角锥棱镜 ,直角面面形问题应如同两面直角误差一样受到重视和关注     

角锥棱镜用于激光直线度测量的特性分析

对角锥棱镜用于激光直线度测量时可使测量精度提高一倍的光学特性进行了分析。分析了角锥棱镜的制造角差、面形误差和测量过程中角锥棱镜的偏摆、俯仰、滚转对直线度测量的影响。用实验验证了分析结果。分析结果为角锥棱镜用作激光直线度测量时的误差分析和误差补偿提供了理论依据。     

立方角锥棱镜的有效反射区

定义了立方角锥棱镜的有效反射区 ,证明了立方角锥棱镜底面角部区域 (即非有效反射区 )入射光与出射光不平行 ,并且在入射光垂直棱镜底面入射情况下计算得有效反射区的面积为底面的三分之二。     

利用含二面角误差的角锥棱镜阵列实现反射光束均匀发散的方法

角锥棱镜常应用于光电跟踪、卫星通信、干涉仪等领域.在一些特殊应用场合中,要求经角锥棱镜反射的光束具有一定的发散角,以实现对距离激光器较远位置处探测器的覆盖.由于标准角锥棱镜不具备对光束发散的功能,本文利用含二面角误差的角锥棱镜对反射光束的不均匀发散特性,提出利用角锥棱镜阵列实现对反射光束均匀发散的方法和设计原则.采用衍射光学理论分析了所提方法及其设计原则的可行性,并依此设计了一个发散半角为0.5 mrad的角锥棱镜阵列.分析了光束参数、结构参数对反射光束远场衍射特性的影响,结果表明,入射光斑强度分布对反射光束发散半角没有影响,当角锥阵列满足点光源条件时,传输距离对反射光斑的角向均匀性没有影响;当阵元数超过一定值时,均匀性不再显著变化,但反射光斑的强度将进一步增加.在工程应用中,角锥棱镜阵列安装方位角误差对反射特性影响不显著,但角锥棱镜二面角的加工精度对反射特性影响较大,可通过进一步增加阵元数加以解决.     

高精度棱镜的高效制造技术

高精度棱镜在其角度误差、面形误差和表面粗糙度等方面都具有较高的要求。对这类棱镜如何实现大规模生产,降低生产成本,是近几年来光学制造行业正在研究探索的一道难题。本文以斯米特屋脊棱镜的制造为例,通过四个方面的分析,对高精度棱镜的高效制造技术进行了阐述。     

角锥棱镜加工工艺研究

设计了一种适用于角锥棱镜加工的靠体,在铣磨成型、粗磨及精磨和粗抛工序中直接通过该靠体的翻转实现角锥棱镜的成盘化加工,最后以配重分离器工艺进行精抛。该工艺可实现光束平行差为1″的高精度角锥棱镜的批量生产,且使得角锥棱镜整体工艺方案加工工序减少、生产节奏快、效率高、质量可保证。     

小口径角锥棱镜加工工艺研究

针对星载角锥棱镜光束平行差的特殊要求,以我国皮纳卫星激光测距合作目标中使用的通光口径为10mm角锥棱镜为例,介绍一种小口径角锥棱镜加工工艺：通过传统工艺加工出尺寸适中的角锥棱镜;通过配重分离器工艺实现光束平行差的精确控制;通过“大改小”工艺加工成小口径角锥棱镜,成品率可达83%;实践证明：该工艺可以克服小口径角锥棱镜光束平行差无法精确控制的问题,适合小口径星载角锥棱镜的加工。     

一种基于哈特曼传感器的角锥棱镜检测方法

在使用角锥棱镜前对其进行检测,选取误差较小的棱镜是一项关系到整个测量工作结果的重要任务。因此,提出一种用哈特曼波前传感器全面检测角锥棱镜角度误差和面形误差的技术方案,从理论上分析了哈特曼法的测量原理,深入研究了光经过角锥棱镜后的波面重建,给出了波面特征与角锥棱镜误差参量之间的关系。在试验中验证了这种方法的正确性和可行性。     

多光谱全色分色棱镜的胶合

论述了多光谱全色分色棱镜组的胶合工艺。该棱镜组是由６块非标准角棱镜、１块底板和４块滤色镜共１１个零件所组成。该棱镜组各出射面与入射面之间的角度允差要求≤１０″，各通光面与底板底面之间的垂直度要求⊥≤１０″，棱镜中间还有两处空气隙，空气隙的宽度要求为Ｌ＝０．０５ｍｍ。另外，各棱镜在主光路方向上还有距离（光程）要求，因此该棱镜组的胶合工作成了该项任务加工中一个比较关键的技术。     

多棱镜分光系统的多光束光轴平行度校准

闪电场景模拟系统中需要不同强度分布的光轴平行的多路光束,多棱镜分光系统能够实现平行光束增宽和强度分布调制。为获取彼此平行的多路光束,采用五棱镜扫描法完成等间隔分布的四棱镜分光系统的多光束光轴平行度检测,通过ＣＣＤ采集返回的与特定光轴位置信息有关的光点光强分布,并编制相关的软件计算质心偏差,为分光棱镜的定位装校提供直观准确的反馈信息,装校装置具有简单方便的特点。装校后的四棱镜分光系统在x、y、z 3个方向上的光轴匹配精度分别小于３、４和４．５,4束平行光的光强之比约为８∶４∶２∶１。进一步提高ＣＣＤ分辨率和增大成像物镜Ｌ的焦距后,光轴的匹配精度可以达到秒量级。     

棱镜表面误差对波面面形的影响

本文讨论了棱镜表面误差（主要是局部误差）对波面面形的影响。给出了计算公式及其证明。并以直角棱镜和列曼棱镜为例进行了计算和讨论     

五角棱镜补偿法加工工艺研究

由于五角棱镜两B棱的投影夹角对第二光学平行差影响倍率较大且加工过程中无法测量该夹角,从而导致棱镜加工合格率较低。通过分析侧面垂直度误差及Δ45°对五角棱镜光学平行差的影响,提出一种新的五角棱镜加工工艺方法:利用最后一个加工面对前3个已加工面存在的角度误差进行一次性补偿,从而降低了对各加工面的加工误差要求。实践证明:该方法能够有效地提高五角棱镜加工的合格率和生产效率,减小加工难度,并能显著降低对加工和检测设备的精度要求。     

潜望式瞄准镜中消像旋棱镜的装调工艺技术

当潜望式光学系统中反射镜绕机械轴转动时,影像会在视场中绕光轴旋转严重影响观瞄。消像旋棱镜可以使像产生反向转动从而消除这种影响。从探索潜望式瞄准镜中消像旋棱镜的装调工艺出发,通过对2种常用消像旋棱镜在光学系统中对光线折转的分析,提出了其光机装调过程的判断依据,总结了2种消像旋棱镜应用的装调工艺方法,并提出了在平行光路中检测消像旋棱镜固定前后的分辨率以保证成像质量。经过多个项目的验证,此方法能有效降低消像旋棱镜的装调难度,装调后消像旋棱镜光轴与系统基准轴偏差控制在30以内。     

消色差的1/4波长延迟器的几何光学设计

在许多光谱学测量和实验研究中,常需要一个消色差1/4波长延迟器来满足各种实验测量条件.这可以通过一个在工作波长范围内折射率变化较小的菱型棱镜来实现.为了使用方便,在光学系统中可设计一个具有三个全内反射面的V型棱镜,其总的相位延迟达90°,同时可避免光路偏差.在实际应用中,需对棱镜的尺寸和通光孔径进行优化设计,以达到最佳效果.在本文中,我们给出了具有这种结构的几何设计例子,还结合不同参量成功地设计研制了一个消色差的1/4波长延迟器,并应用于磁光材料的克尔效应测量中.文中给出了详细计算和误差修正,所给出的计算公式可用于其他尺寸的消色差1/4波长器的设计和研制.     

Transmission ratio of the Glan-Taylor prism with deviated optical axes in the static polarization interference imaging spectrometer

Glan-Taylor prism is the key component of the static polarization interference imaging spectrometer. In this paper, we consider the case that optical axes of the Glan-Taylor prism have departure angles from their ideal directions that in the principal section, however principal section varies with optical axes. Ray tracing method is employed to detailedly present the light trails in the birefringent Glan-Taylor prism when the incident plane and the principal section are in the same plane. Both double refraction in the crystal and internal double reflection over the interface between the birefringent and isotropic mediums are analyzed in detail. Besides, we obtain the approximate formula about the transmission ratio of Glan-Taylor prism. Finally, the transmission ratio of Glan-Taylor prism due to the deviations of the optical axes is deduced and discussed in particular.     

Wollaston棱镜阵列干涉光谱仪的研制及其光通量的分析

利用空间调制干涉光谱技术研制了基于双层Wollaston棱镜组的干涉仪原理样机,用该样机进行了干涉光谱实验,采集了He-Ne激光器干涉图像,通过对图像进行数据处理,获得了光源的归一化光谱图。并对样机系统做了光通量分析。它与传统的使用单个Wollaston棱镜测量光谱的方法相比,光谱分辨率和光通量可以提高一倍以上。     

Multi-directional lateral shearing interferometer based on rotatable prism pairs

The common camera lens usually includes the spherical glass/plastic lens and aspheric glass/plastic lens. However, spherical/aspheric shape measurement is still a key problem in the process of optical lens fabrication. At present, the in-process measurement of spherical/aspheric shape is conducted mainly by the probe-contacting method. But after a long time, its probe could be scratched severely and cause some big errors. Laser shearing interferometry is a good substitute to some degree. Nevertheless, it is not convenient for general shearing interferometer to carry out the in-process measurement because it is only suitable for certain kind of spherical/aspheric with respect to aperture or asperity. Here a new lateral shearing interferometer is proposed to solve the described problems. It is based on two Jamin plates and rotatable prism pairs which are used not only for shearing displacement and direction, but also for fringe period and tilt degree, in order to meet requirements of various spherical/aspheric shapes or asperities. The new interferometer features a simple optical structure and two symmetric light paths, which makes its system with minimal error. The relation between shearing displacement, fringe period and prism angle of rotation is given in this paper. And the error source is primarily from the manufacture errors of prisms and plates. The final experiments show that one can achieve good-quality fringe patterns according to the requirement of measurement, concerning the shearing direction, shearing displacement, fringe period, tilt degree, etc.