4。4  系统构建与实验 28

结  论 29

致  谢 30

参 考 文 献 31

1  绪论

1。1  研究背景

焦距值是光学元件和光学系统的最基本的特征参数，往往都是一个必须准确测量出来的量，因为焦距测量结果的精度会直接影响着光学仪器的使用与光学元件技术性能的发挥。另外，透镜的焦距值确定了放大倍率和像面位置，在光学系统的装调和校准中必须要精确知道。对于一些光学仪器和光学系统，如某些显微镜、望远镜、摄影仪和探测仪等，对精度和性能的要求都很高，因此焦距的精确测量就更加重要。论文网

中长焦距透镜在很多大型光学系统中都被广泛使用，例如在大型高功率激光系统中，中长焦距透镜是该系统中极为重要的组成部分，其作用不容忽视：比如在美国的国家点火装置(NIF)，法国的兆焦激光装置和国内的惯性约束核聚变系统(ICF)等中，需要使用成千上万的各类光学元件，其中包括大量的中等焦距光学元件，每一个都起着至关重要的作用。因此这些系统中中长焦距的光学元件的定焦和焦距测量与检测，都会对系统中其余各器件的安装与空间滤波的效果造成很大影响。

中长焦距的测量目前仍存在很多困难，在光学测量的领域里面还是一个难点。测量困难的原因在于：①口径大的中长焦距的透镜数值孔径（NA）小、焦深长，焦点很难能够准确测定；②焦距测量系统的光路路径长，很容易受到外界因素的影响，如环境温度的变化、空气的扰动或振动都会使测量结果发生变化。因此，焦距测量的精度并不高，为了达到中长焦距透镜的质量要求，中长焦距测量方法的研究就尤为重要。

1。2  常规透镜焦距测量方法

   透镜在光学系统中被广泛应用，且透镜的焦距值是透镜最基本的参数之一，这就使得焦距测量十分重要，因此近些年焦距测量方法一直都是光学测量领域的重点和热点。但是实现高精度测量中等焦距透镜的焦距值需要解决一些难题，具有很大的挑战性，因此中等焦距的高精度测量在光学测量中一直都是难点。国内外的很多人都在焦距测量方面提出了一些技术方法，下面先对这些测量方法做些简要的介绍。

1。2。1  位移法 

     位移法[1] 是利用几何光学中成像原理的物像位置关系推导出焦距计算公式，该方法测量透镜焦距的原理如下图。

图1。1  位移法测量的原理图

如图1。1所示，物体和接收屏的间距设为b，调节使之满足b>4f，之后保持物体和接收屏的相对位置不变，接着移动被测透镜使得透镜在两个不同位置处（如图1。1中的位置1和位置2），接收屏都能获得清晰的像，记下这两次成像的位置，算出两者间距，设为a。最后根据公式：

可以计算出被测透镜的焦距值。

位移法测量焦距利用的是几何成像原理，操作和计算都很简单，但是需要依靠人眼观察来寻找和确定两次清晰成像的位置，因此测量结果具有很强的主观性，客观性不强，且测量结果的精度不高；除此之前，测量时要把物体、待测透镜和接收屏都放置在带有刻度的导轨上面，其准直性和长度都会限制着测量结果的精度和范围。目前短导轨的制造可以保证有一定的直线性和长度精度，从而满足测量要求，但目前的长导轨对于精度高且直线性较好的要求还有一定差距，故位移法并不能适用中长焦距的测量，仅适用于对短焦距透镜的焦距测量，而且测量精度并不是很高。