光学材料光学均匀性的波长调谐两步绝对测量法

光学均匀性是光学材料的重要指标,目前高精度的测量方法一般采用绝对测量法,而该方法步骤繁琐,容易受环境影响。根据波长移相干涉仪的移相特点,提出了测量光学材料光学均匀性的波长调谐两步绝对测量法。该方法在波长移相干涉仪中通过平行平板放入测量和空腔测量两个步骤得到平行平板的光学均匀性。在模拟仿真验证方法的正确性后,进行了实验研究,并与传统的绝对测量法的测量结果进行比较。结果表明,波长调谐两步绝对测量法可用于测量平行平板的光学均匀性,且测量步骤简单,精度较高。     

光学材料光学均匀性检测方法分析

光学均匀性是光学材料的重要指标,直接影响到透射光学系统的波面质量,改变系统的波相差。惯性约束聚变（Inertial Confine Fusion,ICF）激光驱动器的研制要求对材料的光学均匀性进行高精度的检测,同时兼顾洁净度要求。实验中利用斐索干涉仪实现了大口径光学材料光学均匀性的检测,并与国外检测数据进行了对比,对检测过程中的影响因素主要包括样品的厚度测量偏差及折射系数偏差进行了分析。结果表明,样品的厚度测量偏差及折射系数偏差对结果的影响较小,可以忽略。同时用两种干涉仪专用软件对大量样品测量数据进行处理,对比了不同干涉仪光学均匀性的计算结果,表明这两种情况下对光学均匀性的处理结果相符,解决了大口径光学坯件光学均匀性的检测问题。     

大口径光学玻璃光学均匀性干涉绝对测量方法

在光学透射材料均匀性测量的各个方法中,干涉测量方法作为绝对测量方法,能摈除干涉仪标准面及待测元件的面形影响,具有很高的测量精度而逐渐被广泛使用。详细研究了使用干涉手段测量透射材料均匀性的方法,对其中材料切割角度所引入的误差进行了详细分析,并提出修正方法。同时研究了测量光学材料均匀性的拼接算法,实验表明：该方法可以实现用小口径干涉仪测量大口径玻璃材料的光学均匀性的目的,而且其测量精度很高。     

自由热射流流场的光学不均匀性数值研究

通过建立物理模型,求解层流N-S方程,用数值方法模拟了二维热射流流场的有序大涡结构,计算了流场不同流向位置的光程值,分析了射流流场混合层的光学特性,得出了气动光学流场由于流场中大尺度涡结构的存在所引起的光学不均匀性,大涡结构中奇点所导致的光学畸变最大,在一定条件下大涡结构有散焦作用。     

自由热射流流场的光学不均匀性数值研究

 通过建立物理模型,求解层流N-S方程,用数值方法模拟了二维热射流流场的有序大涡结构,计算了流场不同流向位置的光程值,分析了射流流场混合层的光学特性,得出了气动光学流场由于流场中大尺度涡结构的存在所引起的光学不均匀性,大涡结构中奇点所导致的光学畸变最大,在一定条件下大涡结构有散焦作用。     

光学玻璃光学均匀性高精度测量技术

高质量的透射光学系统对光学材料的光学均匀性要求非常高 ,材料局部折射率 10 -6 量级的变化就可能破坏整个系统的性能。详细介绍了三种用于测量光学玻璃光学均匀性的干涉法 ,研制了一台高精度光学玻璃材料光学均匀性测量仪。实验结果表明 :40mm左右厚的光学玻璃材料的光学均匀性检测精度可达 1× 10 -6 。     

点源异位同步移相法检测平行平晶的光学均匀性

为了避免平行平晶测量时前后表面干涉的影响,基于点源异位同步移相原理,提出一种均匀性绝对测量方法.测量分为平行平晶前后表面干涉测量、平晶透射波前测量、干涉仪空腔测量三步.每步通过在同一时刻抓拍的四幅移相干涉图恢复波前,最终由三次测量结果计算平行平晶的均匀性分布.在非抗振平台上测试了一块厚度为60mm的光学平行平晶,被测样品均匀性偏差的峰谷值为Δ     

基于子孔径拼接技术的大尺寸光学材料均匀性检测系统

为实现大尺寸光学材料折射率均匀性的高精度、低成本检测,提出一种基于子孔径拼接技术的干涉绝对测量方法,并研制了一套由Zygo干涉仪、五维气浮调整平台、子孔径拼接软件、计算机等组成的测量计算系统.待测件安放在精密的五维气浮调整架上,通过移动调整架来对各个子孔径区域进行精密检测,再利用子孔径拼接软件自动拼接计算出全口径待测件的光学均匀性分布.对直径为300mm的石英待测件进行了口径为180mm的8个子孔径拼接检测实验,并将拼接所得结果与全口径干涉仪直接测量的结果进行了分析和比较,波面峰谷值相对误差为0.21％,光学均匀性值相对误差为0.23％,精度与大口径干涉仪直接测量的精度相当,实现了绝对检验下的平面类波前子孔径拼接技术的实用化.整套系统集光、机、电、算于一体,操作简便,测量精度高.     

光学焦距测量误差分布的实验研究

为解决光学检测中的误差分布问题 ,提出了用实验方法验证其分布 ,而不是简单地依据经验估计其分布为均匀分布、三角分布或正态分布。通过人眼目视测量与CCD光电测试 ,分析比较大量的采样数据 ,通常人为操作因素及仪器机械精度是目视光学检测中的一个主要误差源 ,进而得到目视测焦距的误差分布 ,并进行拟合性检验     

光学积分器对辐照均匀性影响的仿真分析

针对太阳模拟器设计和装调过程中光学积分器对辐照均匀性产生影响的问题,在详细阐述光学积分器工作原理的基础上,通过光学软件Zemax建立光学积分器成像模型,利用模型具体分析和研究了积分器两透镜组对应元素透镜间的光轴一致性误差对辐照均匀性的影响,并提出了消除光轴一致性误差的方法。通过实验验证了该方法的可行性与正确性。     

子孔径拼接中系统误差的修正方法

为了提高大口径光学元件子孔径拼接测量的检测精度,提出一种平面绝对测量技术,修正子孔径拼接过程中产生的系统误差。利用改进的三面互检法获得参考平面的面形数据,采用这些测量数据构建基于Zernike多项式的参考面面形误差修正波面,在拼接过程中运用误差修正波面对获得的子孔径测量数据进行实时修正,并与全口径直接测量结果进行对比,结果PV（peak value,PV,峰谷值）误差从0.072 1 减少到0.028 6 。结果表明该方法有效减少了参考平面系统误差对拼接测量精度的影响,提高了大口径光学元件的检测精度。     

光学平面绝对检验方法的研究

应用两种方法对三个高精度平面进行了测试。第一种方法是Fritz的三面互检法,它利用Zernike多项式的特性拟合三个面四次组合测量得到的干涉图,然后求出三个面的Zernike多项式系数,从而得到三个面的面形偏差。第二种方法是奇偶函数法,根据函数的奇偶性,把平面的面形函数分解为四类:偶奇、奇偶、偶偶和奇奇函数,分别求出各分量,从而得到三个面的三维面形偏差。对两种方法都编制了理论模拟和实测程序,并进行了实验,实现了无参考面的高精度平面面形测试。     

光纤超外差干涉测量系统的研究

提出了一种用于绝对距离测量的光纤超外差干涉系统,简述了该方案的原理,给出了信号处理的框图,并进行了初步实验。对系统的误差分析表明,在光强较弱、信噪比差的情况下,光学元件的非理想特性以及测量信号与参考信号之间的耦合是引起测量误差的主要原因。     

双激光器实时测量机翼变形的误差分析

基于双激光器测量机翼弹性变形量的理论模型,应用误差分析理论,分析了飞机在飞行过程中双激光器测量方法的误差。以激光器的原始测距误差为出发点,依据误差传递公式,分析了测量机翼变形量的绝对误差和相对误差,并给出了计算仿真结果和相应的图形。研究结果对机载毫米波综合孔径成像系统的图像校正和相位补偿、机载导弹挂飞试验等具有及其重要的应用价值。     

绝对式光栅尺细分误差补偿方法

为了提高绝对式光栅尺的细分精度,提出了一种细分误差补偿方法。对绝对式光栅尺A、B两路叠栅条纹信号进行傅里叶分析,建立叠栅条纹信号模型;对信号模型中的相位、振幅、谐波、直流分量进行校正,得到理想叠栅条纹信号的模型;对比实际信号模型和理想信号模型的细分位置,得到绝对式光栅尺的细分误差;根据该误差对细分值进行补偿,提高细分精度。通过使用JC09型绝对式光栅尺对该方法进行验证,可使其细分相对误差从2.70%降低到1.05%。实验结果表明,该方法能够有效地提高绝对式光栅尺细分精度,且该方法具有原理简单、易于实现的优点。     

旋转支撑法去除元件面形测量的夹持误差

为实现对光学元件的高精度面形测量,建立了一种旋转支撑结构的高精度测量方法。对该方法的理论原理、数值仿真和误差分析等进行了研究。首先根据元件夹持工况仿真分析了支撑变形的特性。接着用泽尼克多项式拟合波面,建立了旋转支撑法的理论模型,并推导出光学元件去除支撑影响后的面形公式。用仿真分析的方式验证了理论模型,对计算的面形结果与理论面形进行了比较分析。最后,分析了影响旋转支撑法测量精度的误差项。仿真分析结果表明,通过两次旋转支撑结构的方式,可以有效地去除元件支撑造成的面形误差,计算值与真实值之间的误差为支撑误差的泽尼克多项式的高阶对称项,满足元件面形的高精度检测要求。     

强光元件逆向哈特曼在位检测装置误差敏感因素分析与验证

针对基于强光元件高精度面形在位检测需求,开展了面形测量误差敏感因素仿真分析,进行了系统结构误差和温度误差对测量结果的影响研究,分析各类误差对测量面形误差的具体影响,设计并搭建在位检测系统,开展系统温度变化、系统重复性、系统稳定性等测量实验。研究结果表明：所建立的逆向哈特曼仿真检测模型可用于平面、球面、非球面、自由曲面等各类型被测面,各类影响因素对测量结果的影响主要体现在低频误差上,对高频误差的影响相对较小,搭建的在位检测系统6 h内测量面形误差PV值最大不超过68 nm（约λ/10）,RMS值最大不超过15 nm（约λ/40）。     

高精度光电摄像系统的测量误差及其标定

详细分析了影响高精度光电摄像系统测量精度的各项误差因素,针对这些误差因素提出了详尽的标定算法,建立了摄像系统的标定模型。经过实验验证,该方法具有较高的检测精度。