目前,角锥棱镜由于其特殊的逆向反射特性,被广泛应用于可见光、紫外光和红外段的激光测距、地面测绘、红外追踪、数控机床的精准定位、干涉测长、偏振等领域,因此,对锥体棱镜各项精度的要求也非常得高,然而在其生产加工的过程中,误差的出现几乎是不可避免的。为此,国内外学者也采用了许多方法来更好的测量角锥棱镜的各项误差等,并研究这些误差对角锥棱镜反射特性,偏振特性的影响,以期更好地提高角锥棱镜的加工精度。79544
国内对角锥棱镜的误差研究课题开始得并不晚,研究方向也比较广,在1999年,南京理工大学电光学院就通过一系列研究,给出了角锥棱镜综合误差的与其三个直角误差之间的数学关系,并利用泰曼-格林干涉仪构建光学系统,从而利用干涉图中的干涉条纹计算出角锥棱镜的角度误差和综合误差,且具有较高的测量精度。2000年,在其对于数字波面干涉技术的研究中,也通过研究综合误差中的面形因素和角度因素的影响,通过MATLAB软件编写了误差程序,并进行了测试和检验。论文网
2006年,清华大学精密仪器部精密测试技术与仪器国家重点科学实验室的科研人员谭宜东等人,第一次基于立方空心角锥棱镜的理论做出了折叠腔式的免调试型 He-Ne 激光器系统,并依据矩阵光学和物理光学的理论指导,将其应用于折叠腔免调试 He-Ne 激光器系统中, 通过对出、入射光线的分析,得出了角锥棱镜的角度误差对系统光路的反射特性的影响,然后推导出了出、入射光线间偏差的角度误差与角锥棱镜角度误差之间的线性数量关系, 并计算出了氦氖激光器系统能在无需调试的情况下稳定工作时的角锥棱镜直角误差的临界阈值。为了保证该激光器系统能够正常稳定地工作, 角锥棱镜的角度误差就不能超过此临界值。他们也通过实验给出了棱镜角度误差与激光器增益(GAIN)之间的线性表达式, 这个关系式对于免调试氦氖激光器中角锥棱镜的各项参数的设定提供了很大的参考价值。基于这个原理进行设计的立方空心角锥棱镜被很好地应用于折叠腔免调试氦氖激光器中, 使得整个光学系统不需要复杂的调试过程即可很好地工作,并且具有稳定的出射光和较强的抗失谐能力。
2007年,该研究团队又通过分析和利用空心立方角锥棱镜(HCCP)的逆向反射特性,制造了一种基于HCCP折叠腔双频率调整自由氦氖激光器。它无需复杂的调整即可工作,且测量位移时的精度可达到λ/16,且其潜在的测量范围可达30mm。实验人员通过实验论证,表明这一新型双频激光传感器确实具有很高的精度和稳定性。
2009年,电子科技大学光电信息学院的胡诗杰与中国科学院光电技术研究所的沈锋团队,给出了一种全光路下的像差校正自适应光学系统,通过研究该系统的工作原理, 明确了角锥棱镜阵列在系统中作为伪相位共扼器件,其面形像差在全系统校正中不能被忽略,即整个系统的像差校正能力很大程度上取决于角锥棱镜阵列的面形误差。有了这一理论作为参考,他们将工作波长为0。6328微米的准直光线引入到全光路下的像差校正自适应光学系统中,再通过软件接收和模拟仿真出了三种角锥棱镜的阵列模式,并提出当角锥棱镜阵列的构成单元——角锥棱镜的综合角误差在2秒以内时,另一个误差因素,即角锥棱镜阵列的面形像差完全可以忽略不计。然后他们在实验中使用WYKO干涉仪测量出了角锥棱镜阵列中每一块角锥棱镜的波面函数的波像差。然后依据该波像差计算出了系统的综合角误差,并拟合了角锥棱镜阵列的面形像差。
当然,对角锥棱镜直角误差测量的研究新成果也层出不穷,2014年,南京理工大学军工试验中心提供了一种利用平面干涉仪测量立方体角锥棱镜的方法。这种方法主要利用激光干涉测量方法具有的高精度及高灵敏度的特点,制作了一个放置棱镜的夹具,使其测试光路在立方锥体棱镜内部经过多次反射后又经由入射面出射,当与测试平行光重合时形成干涉,来实现平面干涉仪对立方锥体直角误差的检测,同时也可对立方体的表面平面度,玻璃材质缺陷等指标来进行判别。这种测量方法显然具有与一般棱镜透镜干涉仪检测立方体直角误差的同等效果。基于这款平面干涉仪,南京理工大学军工试验中心在2015年又提出了从入射面和反射面两个反向来检测角锥棱镜直角误差的方法,实验结论显示,这些方法同样很适用于高精度锥体棱镜的直角误差测量。