瞄准类光学仪器保护玻璃误差分析

保护玻璃的平行差对一般观察光学仪器成像影响不大,但瞄准类光学仪器保护玻璃楔形平行性误差会引起系统色差及光轴的变动,最小焦距误差会改变系统总焦距。通过对平行平板光学玻璃楔形平行差、最小焦距及色差的分析计算提出了影响后面光学系统成像质量的因素。并通过对美国90型搜索潜望镜保护玻璃水平及垂直光学截面内平行差的矩阵计算,为光学...     

码盘偏心对叠栅条纹信号相位影响的理论分析

增量式光学编码器根据径向辐射光栅产生的叠栅条纹进行角度测量，两光栅码盘轴之间及其与系统转动轴之间的偏心和晃动，影响着编码器读头输出的叠栅条纹信号的相位，这给角度测量带来了一定的系统误差。根据光栅码盘产生叠栅条纹的基本理论，在改进计量光栅码盘理论模型的基础上，推导出码盘偏心情况下码盘读头输出的叠栅条纹信号相位的理论公式，对码盘偏心给叠栅条纹信号相位带来的偏差、增量式光学编码器光学设计原理及消除此由此带来的系统误差的技术原理进行了分析与讨论。     

测量光栅波长中分光计调节过程几个常见问题的解决方法

本文对分光计测量光栅波长的调节过程,包括查找平面镜反射的十字像,调节平行光管主轴和望远镜主轴重合且垂直于仪器主轴,以及判别光栅位于玻璃哪一面几个常见问题,给出了简单解决方法。     

几何光学法和波动光学法测量液体折射率的比较

利用波动光学的牛顿环和光栅的方法、几何光学的小棱角三角杯反射法以及三棱杯最小偏向角法测量了液体的折射率,讨论实验中的一些问题并比较了各方法的优缺点和误差。最后研究了液体浓度对折射率的影响。     

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.     

光栅光谱衍射效率测量新技术的误差分析与校正方法研究

衍射光栅是非常重要的色散元件,在光谱分析领域中有着广泛的应用,光栅光谱衍射效率的测量对于评估光栅性能和改进光栅制备工艺有着重要的作用。在目前常见光栅光谱衍射效率的测量技术中,由于存在两种需要重复数百次的机械运动,因而光栅光谱衍射效率的测量速度比较缓慢,如获取700～900 nm波段范围内的光谱衍射效率,大约需要5～8 min的时间。在之前的研究中,报道了一种快速测量光栅光谱衍射效率的新方法,新方法采用声光可调谐滤波器、积分球探测器和高速数据采集系统,可以完全消除现有测量方法中存在的两种耗时的机械运动,由于测量过程中没有任何机械运动的参与,新方法能在10 ms量级获得700～900 nm波段范围内的光谱衍射效率。首先对光栅光谱衍射效率测量新方法的主要误差来源进行了系统分析,发现新方法一个比较明显的误差来源是凸透镜的透过率与入射角相关;然后结合光学模拟,得到了激光光束以不同入射角度传播通过凸透镜时的透过率,并提出了相应的误差校正方法;最后结合实验测量数据,我们对光栅光谱衍射效率新测量技术的误差校正方法进行了实验验证。数据分析结果表明,在550～750 nm波段范围内测得的光栅光谱衍射效率,经过误差校正后,新方法与传统测量方法之间绝对误差的平均值从校正前的0.207%降低到校正后的0.099%,由于传统光栅光谱衍射效率测量方法的测量精度约为0.1%,结果表明,提出的误差校准方法能成功消除光栅光谱衍射效率新测量方法的主要误差来源。     

基于体全息光栅的光学相控阵放大级设计

为了扩展光学相控阵的角度扫描范围,设计了基于体全息光栅的放大级,研究了光栅结构参数及其制作误差对性能的影响规律,提出了容差优化方法。研究结果表明:光栅厚度和折射率调制度是影响衍射效率的主要参数,光栅周期和光栅厚度是影响角度选择性的主要参数。光栅出入射角由光栅周期和光栅矢量倾斜角决定,在保持角放大率不变时,可以通过在出入射面内旋转介质调节这两个参数。实际制作中,光栅周期误差和光栅矢量倾斜角误差会导致衍射角偏离设计值,读出光波长越长,光栅周期误差的影响越小;光栅后面介质折射率越高,光栅矢量倾斜角误差影响越小。增加光栅厚度设计值可以减小光栅厚度误差对衍射效率的影响,而减小光栅厚度设计值可以减小折射率调制度误差对衍射效率的影响,实际制备时,需结合系统需求进行综合设计。     

全息凹面光栅

一、机械刻划光栅与全息记录光栅机械刻划光栅已有１５０年以上的历史,它是用金刚刀在镀金属膜的玻璃基片上刻划出一系列平行而等间距的槽线,由于机械的周期性误差和不规则震动带来了罗兰鬼线和赖曼鬼线,虽经激光干涉控制槽距,鬼线可压缩至豆１０－４－１０－６数量级,但杂散光仍相当可观,加以工艺条件十分苛刻,生产效率低,以致光栅生产数量和质量不能满足需要,自激光出现后,法国首先用激光干涉条纹记录在感光材料上?...     

光栅周期不一致对莫尔条纹法测量扭转角的影响

为了提高用莫尔条纹法测量扭转角的测量精度,分析了光栅周期不一致对扭转角测量误差的影响。从基于莫尔条纹法测量扭转角的原理出发,论述了光栅周期不一致与测量精度的关系,讨论了引起两光栅周期不一致的两个因素,即光栅刻划误差以及两光栅栅面不平行。理论分析表明,前者是引起光栅周期不一致的主要原因。当两光栅等效周期比值β＜1.001时,在±15′的测量范围内,选择光栅周期为50 μm,莫尔条纹宽度为1 400~1 800 μm时,光栅周期不一致引起的测量误差可以控制在1.6″之内。     

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。     

掺Yb光纤激光器阵列谱合成系统的光束传输模型及光束特性分析

建立了由掺Yb光纤激光器阵列、变换透镜、闪耀光栅和输出耦合镜组成的光束谱合成系统的光束传输模型.在考虑光栅角色散、光栅刻槽倾角误差和光栅衍射效率情况下,利用光线追迹法、衍射积分方法、光束非相干叠加原理和强度二阶矩方法,推导出高斯光束非平行倾斜入射到闪耀光栅的相位变化公式以及谱合成光束的光强分布解析表达式.分析了高斯光束非平行倾斜入射到光栅后,光栅角色散、光栅衍射效率和光栅刻槽倾角误差对掺Yb光纤激光器谱合成系统输出光束特性的影响.研究结果表明,谱合成光束具有与单根光纤激光器几乎相同的光束质量;光栅角色散对合成光束特性的影响可忽略;随着光栅刻槽倾角误差的增大,谱合成光束的光束质量明显变差;当光栅刻槽倾角误差较大时,必须考虑光栅衍射效率对合成光束特性的影响. 关键词： 掺Yb光纤激光器 非平行倾斜入射 光束谱合成 光束质量     

基于傅里叶光学原理的新型凹面光栅衍射效率测量方法

凹面衍射光栅兼具色散分光与光束聚焦功能,同时具有像差校正、低杂散光、无鬼线和高信噪比等优势而受到光谱仪器领域的广泛关注。衍射效率作为凹面光栅最重要的技术指标之一,其测量技术水平逐渐成为光谱仪器行业最为关注的课题之一。传统方法一般采用双单色仪结构实现凹面光栅衍射效率的测量,该方法主要存在两方面问题,一是测量标准反射镜和待测光栅的出射光谱带宽不同,二是光栅叠级、杂散光的影响;上述问题的存在降低了高性能凹面光栅衍射效率测量的准确性。本文提出了一种基于傅里叶光学原理测量凹面光栅衍射效率的新方法;针对该方法建立了凹面光栅衍射效率测量的数学模型,并采用光学追迹和傅里叶光学方法相结合对其进行了仿真分析,从而验证了该方法的正确性;针对动镜横移误差、倾斜误差、光源稳定性、动镜运动距离误差等因素影响凹面光栅衍射效率测量精度的问题,提出引入辅助探测器的方法来进一步提高衍射效率测量精度,并对有无辅助探测器情况下的上述误差对衍射效率的影响进行了数学推导和仿真分析,分析结果表明引入辅助探测器可以有效抑制了上述误差对凹面光栅衍射效率测量的影响。对比传统双单色仪测量方法而言,该方法不仅能够解决传统测量方法存在的问题,同时还具有多波长同时测量、高光通量、高分辨率、高波数精度等优势,可以有效提高凹面光栅衍射效率的测量精度和测量效率。     

入射光照对典型光刻胶纳米结构的光学散射测量影响分析

作为一种快速、低成本和非接触的测量手段,光学散射测量在半导体制造业中的纳米结构三维形貌表征方面获得了广泛关注与运用.光学散射测量是一种基于模型的测量方法,在纳米结构待测参数的逆向提取过程中,为降低参数之间的耦合性,通常需要将结构的光学常数作为固定的已知量,即假设结构的材料光学常数不受光学散射仪入射光照的影响.事实上,这一假设对于半导体制造业中的绝大多数材料是成立的,但某些感光材料的光学常数有可能随着入射光的照射时间增加而发生改变,而由此产生的误差会在一定程度上传递给待测形貌参数的逆向提取值.本文针对聚甲基丙烯酸甲酯光刻胶薄膜培片和光栅结构分别开展了光学散射测量实验与仿真研究,结果表明该光刻胶材料的光学常数随着入射光照时间增加而变化,进而导致光栅结构形貌参数的提取结果较大地偏离于真实值,不容被忽视.这一研究发现将为更进一步提高光刻胶纳米结构三维形貌参数的测量精确度提供理论依据.     

光学材料光学不均匀性绝对测量误差分析

绝对测量技术去除了干涉仪参考面面形误差,可实现光学材料光学不均匀性的高精度测量。对现有主要光学材料光学不均匀性绝对检测技术进行了总结比较,针对像素错位、干涉图分辨率、干涉仪测量重复性、样品厚度以及折射率测量等因素对光学不均匀性绝对检测的影响进行了实验分析。实验结果表明:干涉仪重复性是光学不均匀性测量的主要误差。样品翻转测量法、样品直接透射测量法、平行平板样品测量法3种测量方法均可实现光学不均匀性（RMS）10-8检测精度。     

一种测量高精度角度误差的新方法

本文严格从折射定律出发,给出了适合于任意大入射角的棱镜光学平行差的计算公式,据此提出了一种以大入射角光路测量平面光学件角度误差的新方法,并讨论了几个实例,最后分析了入射角的误差对测量精度的影响及入射角的选定原则,得出了一些有价值的结论。     

刻线误差与面型误差对平面光栅光谱性能影响的二维快速傅里叶变换分析方法

光栅刻线误差与基底面型误差影响平面光栅衍射波前、分辨本领、鬼线、卫线及杂散光等光谱性能,研究光栅性能指标与光栅刻线误差及基底加工误差之间的因果关系,对提高光栅质量极为重要。根据光栅衍射中产生的源于刻线误差与面型误差的光程差,推导出了在光栅锥面衍射情况下的光栅刻线误差、基底面型误差、入射角θ、衍射级次m与衍射波前关系的数学表达式,得到构建非理想光栅衍射波前的理论模型。以理论模型为依据,采用干涉仪测量光栅对称级次衍射波前,实现在测量结果中对光栅刻线误差与基底面型误差的分离,并基于二维快速傅里叶变换分析光栅衍射波前,考察了刻线误差与面型误差对光栅性能指标的影响。借助此方法通过重构的光栅衍射波前,分析光栅分辨本领、鬼线等光谱性能,还可以反演光栅全表面刻线误差与面型误差的大小,为光栅基底加工、光栅制造和使用技术提供理论依据。     

光学系统对磁动式测氧仪稳定性影响的研究

先后采用平行光法和透镜成像法获得光斑,比较这两种光斑对线阵CCD数据采集稳定性的影响。结果显示采用透镜成像法获得的光斑更窄、亮度更均匀、边界更清晰锐利,线阵CCD数据采集的稳定性更高。提出了普通透光玻璃的拉丝形成抛物柱面透射光栅的模型,解释了光斑出现明暗相间条纹和光斑波形上出现小峰的原因。小峰造成线阵CCD采集数据出现错误,光斑像元值不稳定。采用光学玻璃作为透光玻璃,消除了光斑波形上的衍射小峰,有效地控制了光斑像元值的采集误差,提高了测氧仪的稳定性和测量精度。     

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。     

均差方函数及其在提高CCD条纹测量精度中的应用

一、引言近年来，各种光电技术的广泛应用是光学测量技术发展的热点．其中以CCD的使用最为常见．利用CCD对图象进行记录和测量在各种光学度量方面都进行了许多尝试．尤其是光束小角度偏转的检测，在光学检验的各个方面都有意义．使用Talbot效应对小角度光束进行测量，是一个十分有效的光学检测手段，近年来已十分成熟地应用于光束的各种物理量的测量，其基本原理简述如下：当平行光垂直照射一个周期性物体时，将在空间某处形成准确的自成像，称之为Talbot像．设周期性物体是光栅常量为d的郎奇光栅，则在Talbot距离z。处产生自成像．若在…     

并排双光栅衍射特性分析

本文讨论两块完全相同的光栅,将它们在同一平面平行放置,对接后两块光栅间相邻两缝的间距l发生变化时,原来单一光栅的k级主极强和半角宽度的变化情况,得出l的变化如果破坏了光栅的空间周期性,在使用中将带来严重的后果,否则与一块完整的光栅性能基本相近。这是对并排双光栅的初步研究和分析,也是对单一光栅相关问题的扩展研究。