高精度激光差动共焦大曲率半径测量关键技术研究

《高精度激光差动共焦大曲率半径测量关键技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、高精度激光差动共焦大曲率半径测量关键技术研究田继伟2015年1月中图分类号：TH741UDC分类号：681.7高精度激光差动共焦大曲率半径测量关键技术研究作者姓名田继伟学院名称光电学院指导教师赵伟瑞副研究员答辩委员会主席赵维谦教授申请学位工学硕士学科专业仪器科学与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年01月ThekeytechnologyoflaserdifferentialconfocallargeradiusmeasurementwithhighaccuracyCandidateName:J

2、iweiTianSchoolorDepartment:SchoolofOptoelectronicsFacultyMentor:Prof.WeiruiZhaoChair,ThesisCommittee:Prof.WeiqianZhaoDegreeApplied:MasterofScienceMajor:InstrumentScienceandTechnologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:January，2015北京理工大学硕士

3、学位论文摘要在现代光学测量领域中，曲率半径是光学透镜最基本的参数之一，其精度将直接影响透镜的焦距、像差等光学参数，进而影响光学系统的综合性能。因此，高精度的曲率半径测量一直以来都是光学测量领域的一个难题。特别是在航天相机、光刻机物镜等高性能光学系统中，其对透镜表面曲率半径的测量精度提出了越发严格的要求。为解决透镜曲率半径的高精度测量难题，我们曾提出一种激光差动共焦曲率半径高精度测量方法。该技术基于差动共焦探测系统的轴向光强响应绝对零点精确对应差动共焦探测系统物镜聚焦焦点这一特性，利用差动共焦探测系统轴向光强

4、响应曲线的过零点精确瞄准定位被测透镜的猫眼位置和共焦位置，并利用测长激光干涉仪精确测得这两点之间的距离，继而实现曲率半径的高精度测量。与已有的曲率半径测量方法相比，该方法结构简单、定焦灵敏度高、抗环境干扰能力强。本论文基于所提出的差动共焦曲率半径测量方法，针对大曲率半径测量需求，开展了系统关键元件的设计、光路的搭建、测量仿真、误差分析等研究工作。论文的主要研究内容包括：1）曲率半径测量原理分析：基于差动共焦层析成像特性，以及其对物镜焦点的精确捕获能力，研究差动共焦曲率半径测量原理，设计差动共焦曲率半径测量方

5、法，分析像差、调整偏差对曲率半径测量结果的影响。2）差动共焦曲率半径测量系统的光学系统研究：在光学设计仿真软件Zemax中建立系统仿真模型，确定系统各光学元件参数以及系统的外形尺寸，完成系统中关键器件焦距为4.5m准直镜的设计，分析分光棱镜在会聚光路中对测量结果的影响。3）系统的机械结构设计：在机械设计软件Solidworks中完成系统的机械结构设计，包括各光学元件的固定结构、系统测量的调整结构以及整个系统的装配。4）实验验证及误差分析：验证原理方法的正确性与可行性，并对该系统中可能存在的误差源进行了分析。

6、初步实验结果表明，该系统测量精度高，单透镜曲率半径测量相对误差小于7ppm。该技术的研究为透镜曲率半径的测量提供了有效的方法，可解决目前较大曲率半径高精度测量的难题。关键词：差动共焦、曲率半径测量、光学设计、机械设计I北京理工大学硕士学位论文AbstractInthefieldofmodernopticalmeasurement,theradiusofcurvature(ROC)isoneofthemostfundamentalparametersinopticallens.Itsprecisiondire

7、ctlyaffectstheotheropticalparameters,suchasfocallength,aberrationandsoon,whichsignificantlyaffecttheoverallperformanceofopticalsystem.Uptonow,theaccuratemeasurementofROCisstilldifficultinthemodernopticalmeasurementfield,adifficultyofthemodernopticalmeasure

8、ment.TherequestfortheprecisionofROCmeasurementisespeciallystrictinthehigh-performanceopticalsystemsuchasspacecameraandtheobjectiveofthelithography.InordertosolvetheROCaccuratemeasurementproblem,weonceproposed