基于双光栅干涉仪测量透镜焦距技术研究(3)
大口径天文望远镜已成为人类探索外层空间和扩展对宇宙和地球认识的不可缺少的手段。大气外层空间是地球稠密大气层之外的空间领域，实践证明，与地面同类观测相比，空间光学观测的优越性是不可比拟的。因此，各空间大国纷纷投入人力、物力和财力大力发展这一领域，并视其为先进科技国家的重要标志。天文望远镜则是人类进行空间光学测量的重要工具，随着现代天文学技术的不断发展，天文望远镜性能的改变和提高，把人类的视野伸展到了遥远的宇宙空间，为人类更好的认识宇宙提供了基础。
大口径、长焦距光学元件系统在大口径天文望远镜中也有广泛应用，光学元件的焦距决定着光学系统的像面位置及放大倍率。尤其在对系统进行装调和校准的过程中，长焦距的精确测量显得尤为重要，将直接影响光学仪器技术性能的发挥甚至是仪器的正常使用，稍有不慎就会导致不可估量的损失。以哈勃空间望远镜为例，哈勃望远镜于1990年4月25日发射升空，开辟了空间光学观测的新时代。但在发射升空数星期后，从哈勃望远镜获得的图片存在严重的问题，图像品质远低于当初的期望，经检查后发现，这一问题的原因竟是检验镜位置存在1.3mm的误差，导致主镜聚焦系统模糊，为此对望远镜进行了连续5天的太空修复，为此付出了巨额的修理费用[2,3]。
综上所述，长焦距的测量问题是光学测量领域的一个热点问题，长焦距光学系统在许多科学技术中得到了广泛的应用。光学测量技术发展到今天，针对长焦距的测量方法仍然很少，因为大口径、长焦距元件焦距很长，给焦点的精确定位带来困难；其次，常规方法测量长焦距的光路很长，测量过程容易受到振动、空气扰动和温度等环境因素的干扰，测量精度不高[4]。焦距是表征光学系统特性的重要参数，关于焦距的测量方法很多，其中最简单的测量方法是用一束平行光照射透镜，根据透镜后焦点到透镜的距离来确定焦距。但焦点的位置只能确定在一个很小的范围内，特别是当焦距很长的时候，难以确定焦点的准确位置。其他还有一些短焦距测量的常用方法例如共轭法、放大率法、傅里叶频谱法等等，但大部分方法是基于几何光学成像原理，很难适用于长焦距光学元件的焦距测量。
因此，为了满足大口径、长焦距光学元件焦距测量的精度要求，必须研究设计一套能够对光学元件焦距进行精确测量的长焦距测量系统，作为检测依据和标准。
基于泰伯莫尔条纹技术的焦距测量方法，具有装置结构简单、测量精度高且不易受环境因素影响等优点，为解决大口径、长焦距光学元件焦距的高精度测量问题提供了崭新的思路。针对以上背景和需求以及大口径长焦距系统的特点，本文提出一种基于泰伯莫尔效应的长焦距测量方法，该方法通过计算两个Ronchi光栅的泰伯像形成的莫尔条纹的倾角来实现精确、实时的长焦距的测量。
1.2 国内外发展现状及趋势
焦距是用来表征光学系统特性的最基本的参数。以最直观的测量方法为例，当用一束平行光入射到透镜上，光线会聚在透镜后一点，精确测量光线会聚点到透镜的距离，这个距离就是待测透镜的焦距。在此方法中，平行光的准直性对焦点的位置有较大影响，测量精度不高。其次，对于长焦距透镜而言，只能确定焦点的大致范围，难以确定焦点的准确位置，待测透镜焦距越长测量精度越低。下面将介绍几种测量焦距的常规方法。
1.2.1 焦距测量的常规方法
（一）共轭法
共轭法又称位移法，是一种根据几何光学成像关系确定透镜焦距的方法[5]，其原理如图1.1所示：
下一篇：废砖持水特性分析及其调节