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基于Talbot效应的高精度长焦距检测系统的校准方法

金晓荣  
【摘要】:长焦距透镜广泛应用于高功率激光器等大型光学系统中,长焦距测量一直是光学测量领域的一个难点。在诸多测量方法中,基于Talbot效应的长焦距透镜测量方法可以有效实现高精度测量。本文详细分析该方法的测量精度,找出影响测量精度的关键因素,然后提出针对性的校准方法,并进行了仿真验证和实验,研制开发了完整的检测系统,最终完成了长焦距透镜焦距的高精度测量。 本文提出的校准方法主要分为两方面。首先,精度分析表明莫尔条纹角度和两光栅之间夹角是影响焦距测量的关键因素之一。本文通过对计算公式的详细分析首次提出了角度校准方法,并且进行了仿真验证和实验验证,结果表明此角度校准方法可以有效校准莫尔条纹角度和两光栅之间夹角带来的系统误差,从而提高了整个检测系统的精度。其次,分析表明入射平行光的准直性是影响长焦距测量精度的另一个关键因素。本文首次提出了不同周期光栅下发散光校准方法,分析校准前后的测量精度,结果表明利用不同周期光栅的发散光校准方法可以从原理上提高整个检测系统的精度。 本论文在详细深入的理论分析和精度分析基础上,针对性的提出了校准方法,然后设计搭建了检测系统,并且测量了实际的大口径长焦距透镜的焦距。实验结果发现,检测系统的精度、重复性、稳定性、复现性均具有优于0.01%的高精度,即所研制开发的检测系统可完成长焦距透镜焦距的高精度测量。


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