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。     

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。     

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。     

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。     

单星模拟器的调校准确度分析

介绍了五棱镜法调校单星模拟器的原理,并给出了一种判断星点板位于焦前、焦后以及离焦量的简单有效方法.通过详细分析影响调校准确度的主要误差源,得出了五棱镜90°转向误差不影响平行度调校准确度的结论,确立了平移台导轨准确度和五棱镜法调校准确度之间的定量关系式.实验证明,用五棱镜法调校单星模拟器是可行的,能满足±2″的平行度误差要求.     

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。     

采用五棱镜扫描法检测大口径平面镜的面形

为了提高大口径平面镜面形检测的精度和效率,提出了一种新的五棱镜扫描法。该方法采用径向扫描的方式,使用一个扫描的五棱镜和一台自准直仪来测量表面倾斜角的差值,然后将被测平面镜的面形表示为Zernike多项式的线性组合,再利用表面倾斜角的差值建立方程组,最后采用最小二乘法计算得到被测平面镜的面形。在检测过程中,该方法还可以对五棱镜在扫描过程中的倾斜变化量进行自动监视和调整,减小了检测误差。误差分析表明,该方法的面形检测精度为7. 6 nm rms(均方根误差)。采用该方法对一块1. 5 m口径的平面镜进行了面形检测,并与Ritchey-Common法的检测结果进行了对比,两种方法面形结果的差异为7. 1 nm rms,小于五棱镜扫描法的面形检测精度。证明了利用该五棱镜扫描法检测大口径平面镜面形的正确性。     

基于哈特曼传感器的角锥棱镜误差测量

使用哈特曼－夏克波前传感器同时检测角锥棱镜角度误差和面形误差.对检测原理、实验装置及检测过程做了详细的描述,并用最小二乘法对数据进行处理.实验结果表明,用哈特曼法能够高准确度、全面检测角锥棱镜误差.     

差分五棱镜扫描法在波前检测中的应用

为了实现高精度大口径平行光管波前检测,评价平行光管出射波前质量,提出了采用差分五棱镜扫描波前检测方法检测平行光管.该方法为五棱镜扫描法的优化方法,通过测量波前斜率的改变得到波前曲率的信息来重构波前,从而消除由于五棱镜扫描法波前检测中质心标定不准确而引入的倾斜和离焦的误差量.通过搭建差分五棱镜扫描法波前检测系统验证了此方法的可行性,并给出差分五棱镜扫描法误差分析说明此方法可靠性.误差分析表明,该方法检测精度可以达到10.54 nm;实验结果表明,该方法相比于五棱镜扫描法分别在波面峰谷值(PV)和均方根值(RMS)的重复性精度上提高了74.41%和125.81%.该方法基本满足平行光管波前检测精度高、稳定性好的要求,可以客观准确地评价平行光管出射波前质量.     

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。     

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.     

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     

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。     

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。     

扫描镜的研制工艺与检测

用于卫星探测等仪器中的扫描镜，形状一般为三面或四面镜，技术要求很高，因此，加工工具和方法也需要相应的改进。粗加工时主要控制面与面的角度和对称尺寸；精抛时即要注意面形，又要控制面与面的角度与塔差。加工过程中检查面形主要用平面干涉仪，检查面间夹角和塔差使用两个光轴互相垂直的平面仪，加工结果，四反射面扫描镜最佳面间夹角误差优于１″，塔差和平行度以及面形均达到技术要求。     

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