發(fā)布時(shí)間：2020-11-15 15:06

　　 大口徑長(zhǎng)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(duì)其焦距的精度要求特別高。而大口徑長(zhǎng)焦距透鏡由于其測(cè)量面形尺寸大,測(cè)量光路長(zhǎng),很難實(shí)現(xiàn)精確定焦,所以一直以來(lái)都是焦距測(cè)量領(lǐng)域的一個(gè)難題。本課題正是在這個(gè)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(cè)量方法進(jìn)行長(zhǎng)焦距測(cè)量。這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)全口徑測(cè)量,并且能夠有效避免周圍環(huán)境對(duì)測(cè)量造成的影響,是一種有效的長(zhǎng)焦距測(cè)量方法。本文首先闡述了長(zhǎng)焦距測(cè)量的基本原理,在此基礎(chǔ)上分析了焦距測(cè)量的精度,求解了長(zhǎng)焦距測(cè)量過(guò)程中各個(gè)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(zhǎng)焦距測(cè)量方法的測(cè)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(jì)算莫爾條紋的傾角將成為提高測(cè)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(jì)算出在大口徑長(zhǎng)焦距測(cè)量過(guò)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(guò)迭代算法在亞像素域中尋找莫爾條紋頻譜的最大值點(diǎn)計(jì)算莫爾條紋的角度。然而由于待測(cè)透鏡的面形較大,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中得到的莫爾條紋往往會(huì)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(huì)陷入局部最優(yōu)解而無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量出莫爾條紋頻譜的實(shí)際最大值點(diǎn),從而影響測(cè)量精度。針對(duì)這個(gè)問(wèn)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(jì)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(diǎn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證了這個(gè)觀點(diǎn)。并且,最終顯著提高了長(zhǎng)焦距透鏡的焦距測(cè)量精度。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TH74
【部分圖文】：

１．２．２常用測(cè)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(zhǎng)焦距測(cè)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(shí)（圖中??所示實(shí)線處），待測(cè)透境的傻點(diǎn)位于示意圖的上方，使用探測(cè)器對(duì)其進(jìn)行探測(cè)（實(shí)??線器所示處）；當(dāng)高精度光模位于光路中時(shí)（圖中虛線所示處），此時(shí)待測(cè)透鏡的??像點(diǎn)將發(fā)生偏移，再次使用探測(cè)器對(duì)其進(jìn)行操測(cè)（虛線所示處）。根據(jù)前后兩個(gè)??徐點(diǎn)的偏移距離就可Ｌ義計(jì)算出待測(cè)透鏡的焦距值。該方法具有相對(duì)較高的精度，??在測(cè)量２０ｍ左右的長(zhǎng)焦距時(shí)精度可！＾乂達(dá)到０．１％。然而受衍射極限的影響，這種??方法的測(cè)量精度不能進(jìn)一步提高，另外對(duì)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(cè)透鏡??點(diǎn)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(duì)長(zhǎng)焦距進(jìn)行測(cè)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(cè)透鏡時(shí)，調(diào)解移相干涉儀，??使視場(chǎng)中沒(méi)有干涉條紋，接著，再將被測(cè)透鏡放入光路中，繼續(xù)調(diào)節(jié)移相干涉儀，??再次使視場(chǎng)中沒(méi)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(duì)待測(cè)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(shí)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�(duì)應(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(cè)透境?標(biāo)；球面??Ｌ?ＶＡ?！??］?．焦點(diǎn)???ｒ?Ｕ??圖１．２基于移相干涉儀的長(zhǎng)焦距測(cè)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(cè)量透鏡的焦長(zhǎng)距ｔｉｓ－Ｗ。實(shí)??驗(yàn)數(shù)據(jù)表明這種改進(jìn)的方法測(cè)量精度可Ｌ乂達(dá)到０．０１％。然而

?臟點(diǎn)??圖３．３常規(guī)算法尋找頻域最大點(diǎn)時(shí)誤差示意圖??如圖３．３所示，Ｘ表示實(shí)際的頻譜點(diǎn)位置，ｎ表示常規(guī)算法求得的離散頻譜點(diǎn)??坐標(biāo)，ｎ－ｌ，ｎ，ｎ?＋?ｌ表示懷素點(diǎn)坐標(biāo)值。左圖中Ｘ點(diǎn)位于像素點(diǎn)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(diǎn)的實(shí)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(diǎn)，由于傅里葉變換后??的頻譜點(diǎn)均為整數(shù)，左圖和右圖求解將會(huì)得到相同的結(jié)果。??這樣看來(lái)，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(diǎn)時(shí)，并不能得到最大值點(diǎn)的精確坐標(biāo)，由此帶來(lái)了誤差。要想獲??取最大值點(diǎn)的精確坐標(biāo)，我們必須要知道這個(gè)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)】

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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(bào);1985年04期

2 梁曉;莊松林;;Talbot效應(yīng)理論及應(yīng)用[J];光學(xué)儀器;1986年01期

3 孫濤;宋一中;;基于時(shí)頻波譜對(duì)易原理分析莫爾條紋譜[J];光譜學(xué)與光譜分析;2013年11期

4 奇云;;冷核聚變實(shí)用化:大突破還是大騙局[J];科技潮;2011年12期

本文編號(hào)：2884892