基于双光栅干涉技术的焦距测量系统设计及其关键技术研究

发布时间：2019-12-06 07:19

【摘要】：焦距5-80m的中长焦距光学透镜和光学系统在天文望远镜、空间光学系统、激光约束核聚变装置等系统中有着十分广泛的应用及前景。本文研究的基于双光栅干涉的中长焦距高精度测量技术是光学测试领域的研究热点之一。首先研究了双光栅干涉光强分布和双光栅衍射成像特性,在此基础上分析了基于双光栅干涉效应的焦距测量原理,根据测量原理和测试过程推导优化了计算公式,减小了入射波面误差和干涉条纹零位误差对焦距测量的影响。设计了基于准直光源、双光栅干涉仪和成像采集系统的中长焦距测量系统,其焦距测量范围可达5-80m,测量口径Φ100mm。分析系统的焦距测量范围、焦距测量灵敏度和相对测量误差,设计各项系统参数。重点分析了干涉条纹零位误差、干涉条纹倾角误差和双光栅干涉仪栅线夹角误差等的大小及其对焦距测量的影响。采用零位干涉条纹判读法结合高精度电控角位移台对双光栅干涉系统进行装调,提出基于焦距测量函数相似度的焦距非相关最小二乘定标方法,消除了定标用透镜的焦距误差对定标结果的影响,利用平面波、焦距5米和59米的透镜进行组合定标,均化测量范围内的焦距测量误差,提高系统在整个焦距测量范围内测试精度的均匀性。本文完成了全套基于双光栅干涉仪的数字化焦距检测装置的研究工作,并构建了装置,利用测试装置分别对焦距设计值分别为4.95m、38.06m和59.42m的三块透镜进行了多次测量,焦距测量相对误差分别为0.10%,0.13%和0.52%,满足测量系统在5-80m焦距测量范围内,相对误差不高于1%的要求,实验结果表明,系统在不同焦距值下的测量的重复性均优于0.021%。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O436.1;TH74

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