【摘 要】
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长焦距光学元件及光学系统广泛应用在高功率激光核聚变,光学天线和天文望远镜等系统中,目前对其焦距的测量是光学测量技术中的研究热点之一。基于Talbot-Moire条纹技术测量长
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长焦距光学元件及光学系统广泛应用在高功率激光核聚变,光学天线和天文望远镜等系统中,目前对其焦距的测量是光学测量技术中的研究热点之一。基于Talbot-Moire条纹技术测量长焦距以其测量精度高、光路简洁及对环境要求低等优点成为解决长焦距测量问题的重要途径之一。本文分析了基于Talbot-Moire条纹技术测量长焦距的基本理论,确定了待测长焦距与测量系统的光栅夹角、光栅间距和Moire条纹的倾角等参数的关系,得到了长焦距计算公式,并提出了基于空载状态下Moire条纹的测量公式优化方法。按优化后公式对焦距进行计算,这样不仅可解决Moire条纹倾角测量基准线的确定问题,而且有效地减小了准直波前畸变、光栅制造误差对焦距测量结果的影响。基于Moire条纹的模拟分析设计了光栅夹角、光栅间距、光栅周期等系统参数,并构建了测量系统模型,模拟结果表明设计结果满足焦距测量要求。通过对传统基于快速傅里叶变换求解Moire条纹倾角求解算法和亚像素定位技术的分析,提出了基于频域亚像素法的Moire条纹倾角求解算法,此算法理论上测量精确度优于2",也优于Moire条纹倾角的最小灵敏度14.4"/m,并通过模拟验证了算法的测量精度和适用性。构建了实验装置,并利用VS2008编写了系统测量软件,实验结果表明当待测焦距为59.38m时系统测量精确度可达到0.41%,且具有良好的稳定性。
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