大口徑長焦距透鏡作為大型高功率激光系統(tǒng)中非常重要的光學(xué)元件,其質(zhì)量要求非常嚴(yán)格,尤其是對其焦距的精度要求特別高。而大口徑長焦距透鏡由于其測量面形尺寸大,測量光路長,很難實現(xiàn)精確定焦,所以一直以來都是焦距測量領(lǐng)域的一個難題。本課題正是在這個背景下提出的,我們采用的是一種基于Talbot效應(yīng)和莫爾條紋干涉的測量方法進(jìn)行長焦距測量。這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)全口徑測量,并且能夠有效避免周圍環(huán)境對測量造成的影響,是一種有效的長焦距測量方法。本文首先闡述了長焦距測量的基本原理,在此基礎(chǔ)上分析了焦距測量的精度,求解了長焦距測量過程中各個因素的不確定度影響。理論分析表明,基于Talbot效應(yīng)和莫爾條紋干涉的長焦距測量方法的測量精度很大程度上依賴于莫爾條紋角度的精度。如何精確計算莫爾條紋的傾角將成為提高測量精度的關(guān)鍵。在本文中,我們提出了一種基于模板匹配的方法,可以精確計算出在大口徑長焦距測量過程中出現(xiàn)的莫爾條紋的角度。之前主要采用的方法是通過迭代算法在亞像素域中尋找莫爾條紋頻譜的最大值點計算莫爾條紋的角度。然而由于待測透鏡的面形較大,實驗過程中得到的莫爾條紋往往會出現(xiàn)不同程度的彎曲和畸形。在這種情況下,迭代算法往往會陷入局部最優(yōu)解而無法準(zhǔn)確測量出莫爾條紋頻譜的實際最大值點,從而影響測量精度。針對這個問題,我們采取了一種基于模板匹配的亞像素處理方法,能有效處理各種莫爾條紋,精確計算其角度。理論分析和軟件仿真表明這種方法具有高精度、高穩(wěn)定等優(yōu)點。通過實驗數(shù)據(jù)對比驗證了這個觀點。并且,最終顯著提高了長焦距透鏡的焦距測量精度。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TH74
【部分圖文】：

１．２．２常用測量方法??早在１９９９年，Ｖ．Ｉ．Ｍｅ油ｃｈｅｒｙａｋｏｖ等人就采用了一科基于高精度光橫的方法進(jìn)??行長焦距測量。其原理圖如圖１．１所示，當(dāng)高精度光模不位于光路中時（圖中??所示實線處），待測透境的傻點位于示意圖的上方，使用探測器對其進(jìn)行探測（實??線器所示處）；當(dāng)高精度光模位于光路中時（圖中虛線所示處），此時待測透鏡的??像點將發(fā)生偏移，再次使用探測器對其進(jìn)行操測（虛線所示處）。根據(jù)前后兩個??徐點的偏移距離就可Ｌ義計算出待測透鏡的焦距值。該方法具有相對較高的精度，??在測量２０ｍ左右的長焦距時精度可�。迊V達(dá)到０．１％。然而受衍射極限的影響，這種??方法的測量精度不能進(jìn)一步提高，另外對光線的準(zhǔn)直度和光模的加工精度要求化??特別高，有較大的局限性。??待測透鏡??點光源?光顔?透鏡?光模?１＾、

?第１章緒論??Ｔ．ＧＪＰａ化ａｍ等人使用了一種基于移相千涉儀的方法對長焦距進(jìn)行測量ｔＷ，這??種方法的原理示意圖如圖１．２所示。首先在未加入待測透鏡時，調(diào)解移相干涉儀，??使視場中沒有干涉條紋，接著，再將被測透鏡放入光路中，繼續(xù)調(diào)節(jié)移相干涉儀，??再次使視場中沒有干涉條紋，最后根據(jù)移相干涉儀前后的調(diào)節(jié)量和干涉圖的情況??對待測透鏡的焦距進(jìn)行求解。該方法的精度較之前的方法有了明顯的提高，最佳??時可Ｌ乂達(dá)到０．０２％。但是它需要高精度移相干涉儀和嚴(yán)格掠準(zhǔn)的參考球面反射鏡，??成本十分昂貴，并且不同的透鏡需要�？谥谱鲗�(yīng)的參考標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡，進(jìn)一??步增加了成本。??移相干涉儀?待測透境?標(biāo)；球面??Ｌ?ＶＡ?！??］?．焦點???ｒ?Ｕ??圖１．２基于移相干涉儀的長焦距測量方法原理圖??在這種方法的基礎(chǔ)上，ＢｒａｉｎＤｅＢｏｏ等人做出了一定的改進(jìn)，使用反射型菲涅??爾全息片替換了參考球面反射鏡，再結(jié)合移相干涉儀測量透鏡的焦長距ｔｉｓ－Ｗ。實??驗數(shù)據(jù)表明這種改進(jìn)的方法測量精度可Ｌ乂達(dá)到０．０１％。然而

?臟點??圖３．３常規(guī)算法尋找頻域最大點時誤差示意圖??如圖３．３所示，Ｘ表示實際的頻譜點位置，ｎ表示常規(guī)算法求得的離散頻譜點??坐標(biāo)，ｎ－ｌ，ｎ，ｎ?＋?ｌ表示懷素點坐標(biāo)值。左圖中Ｘ點位于像素點ｎ和ｎ－１之間，右??圖中Ｘ位于《和《－１之間，顯然兩幅圖中頻譜點的實際坐標(biāo)應(yīng)該是不同的，但如??果使用常規(guī)算法直接在頻域?qū)ふ夷獱枟l紋頻譜圖的最大值點，由于傅里葉變換后??的頻譜點均為整數(shù)，左圖和右圖求解將會得到相同的結(jié)果。??這樣看來，由于傅里葉變換后得到的頻域值只能是整數(shù)的，所Ｗ常規(guī)算法??尋找頻域最大點時，并不能得到最大值點的精確坐標(biāo)，由此帶來了誤差。要想獲??取最大值點的精確坐標(biāo)，我們必須要知道這個區(qū)域內(nèi)頻譜值的連續(xù)分布才行。??根據(jù)離散傳里葉的原理
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 廖江紅,顧去吾;光學(xué)系統(tǒng)中的光柵衍射自成像現(xiàn)象:廣義的Talbot效應(yīng)[J];光學(xué)學(xué)報;1985年04期

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本文編號：2884892