六平面光学元件的光学不平行度测量Word文件下载.docx
- 文档编号:18994137
- 上传时间:2023-01-02
- 格式:DOCX
- 页数:31
- 大小:1.04MB
六平面光学元件的光学不平行度测量Word文件下载.docx
《六平面光学元件的光学不平行度测量Word文件下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《六平面光学元件的光学不平行度测量Word文件下载.docx(31页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
(1-1)
式中ae——人眼的极限分辨角(角分);
K——系数,一般取6;
——波长,单位为微米;
——平行光管与自准目镜组成的自准望远镜的视放大率;
D——平行光管物镜的实际通光孔径;
注:
当眼瞳直径De大于自准望远镜的出瞳直径D′时,D取平行光管物镜通光孔径;
当De<D′时,应以De替代式中的D。
如考虑标准平面反射镜在口径D范围内的面形误差为N个光圈,由此引入的调焦误差为
(1-2)
则平行光管的调校极限误差为
(1-3)
(2)当以消视差为准进行自准直调校时,平行光管的调焦极限误差为
(1-4)
式中——人眼的对准误差(单位为角分)。
同样,如考虑平面反射镜面形误差,引入的调焦误差△SD2,则调校极限误差可参看式(1-3)求得。
实验二平行光管调校(五棱镜法)
1.了解五棱镜法调校平行光管的原理,并掌握其调校方法。
装有十字丝分划板的焦距为550mm的待校平行光管、高斯式自准目镜、五棱镜及承物台、适当倍率的前置镜。
1.五棱镜法调校平行光管的原理及方法
理想的五棱镜有如下特点:
在五棱镜的入射光轴截面内,不同方向入射的光线经五棱镜后,其出射光束相对入射光束折转90°
。
本方法即是利用五棱镜这一特点来对平行光管进行调校的。
调校原理如图2.1示。
图2.1五棱镜调校平行光管的原理图
s—分划;
1—待校平行光管;
2—五棱镜;
3—前置镜
将五棱镜2放置在平行光管物镜前的承物台上,五棱镜可沿垂直于平行光管光轴方向平稳地移动。
沿五棱镜出射光束方向放置前置镜3(望远镜),用以观察平行光管的分划像。
若分划位于平行光管焦面上,则由平行光管物镜射出一束平行光。
当五棱镜沿垂直于平行光管光轴方向,由位置Ⅰ向位置Ⅱ移动时,平行光管分划经前置镜所成的分划像将不产生任何横向移动,如图2.1(a)所示。
若分划面s不位于平行光管物镜焦面上,则随着五棱镜由Ⅰ向Ⅱ位置移动,前置镜中形成的分划像将产生左右方向的横向移动,如图2.1(b)、(c)所示。
利用这一现象可将平行光管分划面准确调到焦面位置。
五棱镜法调校平行光管的步骤
(1)将五棱镜放置在可沿垂直物镜光轴方向移动的承物台上,并使五棱镜的入射面对向平行光管物镜,其出射面对向前置镜。
调整承物台的高低位置,并调前置镜的俯仰手轮和方位手轮,使分划像呈现于前置镜视场中,并使平行光管的竖线分划像与前置镜相应分划对准(若两分划均为竖线,则应利用两者间的横向微小间隙的变化进行对准,以提高调校精度)。
(2)转承物台的手轮,使其上的五棱镜沿垂直于平行光管物镜光轴的方向,向着前置镜移动。
若在前置镜中形成的平行光管的分划像由右向左移动,表明分划面位于焦前,如图2.1(b)所示;
反之,分划面在焦后,见图2.1(c)。
(3)松开分划板镜框压圈,按步骤
(2)确定的分划面移动方向,沿轴向微调分划板框,直至五棱镜移动时,平行光管的分划像相对前置镜分划不发生横向移动(或两者间的微小间隙宽度不再变化),则表明分划面已准确位于平行光管物镜焦面上了。
(4)调好后,拧紧分划镜框的压圈。
本法的实质是将纵向调焦变为对人眼较灵敏的横向对准,故与消视差为准的调焦误差相当。
主要是由前置镜的横向对准误差确定,所不同的是:
该法是由五棱镜在平行光管物镜前方沿垂直光轴方向移动,替代了眼瞳在出瞳面内的摆动。
故参看(1-4)式可得五棱镜法的调校极限误差为
(2-1)
式中——前置镜的视放大率;
——人眼对准误差,单位为角分;
D——平行光管物镜通光口径;
Dw——五棱镜通光口径。
分析式(2-1)可知当Dw≈0.5D,且选择最好对准方式时,可使本法达最高调校精度。
五棱镜法最适于较大口径的平行光管调校。
五、思考题
1.比较自准直法与五棱镜法调校平行光管的各自特点?
2.为提高自准直法调校平行光管的精度在实验设置上应考虑那些因素?
3.对f′=550mm,D/f=1/10的平行光管,以消视差为准进行自准直法调焦时,若所选高斯自准目镜的焦距f′e=44.0mm,求平行光管的调焦误差(取0.5′,眼瞳直径De=2mm)?
4.若上题中,平面反射镜在100mm范围内凸一个光圈,其余条件不变,求分划面的调校位置精度有多高?
5.两种方法,各自是如何判别分划面相对平行光管物镜焦面位置的?
6.五棱镜法调校中,有人提出在五棱镜入射面前放置一垂直于入射光轴截面的狭缝光阑,这样做是否可提高平行光管的调校精度?
为什么?
7.五棱镜法调校平行光管的光路安排中,若平行光管位于观察者右方,或五棱镜背离前置镜方向移动,应如何判别分划面的调节方向?
8.五棱镜法调校平行光管时,若五棱镜的入射面与出射面间的夹角不是严格的90°
角,试分析对调校结果有无影响?
9.从对准误差与分辨率的关系,分析五棱镜法调校平行光管的实验装置中,诸参量应如何正确选择?
10.用五棱镜法调校平行光管,平行光管物镜的球差曲线如图2.2所示,且分划面落于球差曲线以内某一位置处。
当移动五棱镜时,分析平行光管分划像相对前置镜分划应如何措动?
图2.2
附录:
平行光管技术性能及其主要附件介绍。
550型和1200型平行光管的技术数据
名称
型号
物镜
相对孔径
高斯目镜
照明灯规格
焦距
口径
视放大率
550型平行光管
5W
550mm
55mm
1∶10
44mm
5.7×
6V·
2.1W
1200型平行光管
32W
1200mm
80mm
1∶15
30W
主要附件:
(1)可调式平面反射镜:
口径100mm,装在可绕左右上下两相互垂直的轴线微转动的调节架上。
调节时,每一方向由一只调节螺钉控制。
(2)四种分划板
a.十字分划板,调校平行光管用。
b.傅科型分辨率板,用于测透镜分辨率。
c.星点板通光孔径0.05mm,用于星点法检验透镜像质。
d.Porro板,有间距分别为1、2、4、10、20mm的五对线,线间距精度±
0.001mm,供测透镜焦距用。
实验三V棱镜折光仪测折射率和色散
一、实验目的
1.掌握V棱镜法测量光学玻璃折射率与色散的原理及其测量方法。
2.熟悉V棱镜折光仪的结构与操作方法,了解影响测量精度的诸因素。
1.用WYV型V棱镜折光仪分别测光学玻璃对D、C、F、e、g、h谱线的折射率,并求得色散值。
WYV型V棱镜折光仪、钠灯、汞灯、氢灯、待测玻璃试样、折射浸液等。
三、测量原理及方法
1.测理原理
V棱镜法测理折射率的原理如图3.1所示。
V棱镜乃是一块带有“V”形缺口的组合棱镜,它由两块材料性能完全相同的直角棱镜胶合而成。
V棱镜的材料折射率n0是已知的。
V形缺口的张角∠AED为90°
,两个棱角∠A、∠D均为45°
图3.1V棱镜法测折射率原理图
1V棱镜;
2—待测试样
待测试样应磨出两个互成90°
的平面,置于V形缺口内,为使两者的表面很好地贴合,其间加入少量的与试样折射率大致相同的折射浸液。
单色平行光垂直AB面射入。
经V棱镜和试样,最后从CD面射出。
若待测试样折射率n与n0相同,则入射的单色平行光将不发生住何偏折地从CD面射出。
此时仪器的度盘有一零位读数。
若n≠n0,出射光线相对于入射光线将有偏角。
显然角的大小、正负与n有关。
测出角,则待测试样在测量条件下对某一波长的折射率为
(3-1)
当n>n0时,出射光线向上偏折,取“+”号。
角由度盘的0°
~30°
范围读值;
当n<n0时,出射光线向下偏折取“-”号,由度盘的360°
~330°
范围读值。
2.V棱镜折光仪简介
按上述原理制成的专用仪器称为V棱镜折光仪,如图3-2所示,主要由准直系统1、对准望远镜2和精密测角系统3组成。
准直系统由平行光管及照明装置组成,以给出垂直射向V棱镜的单色平行光。
其分划线(单线)平行于V棱镜的V型缺口底棱。
对准望远镜可绕度盘主轴转动,以便确定透过V棱镜的光束方向。
为减少杂光,准直系统的分划选用狭缝方式照明细丝;
为确保系统对各单色光均有良好的像质,准直物镜和望远物镜均采用复消色差物镜。
图3.2V棱镜折光仪光学系统略图
1—准直系统;
2—对准望远镜;
3—精密测角系统
精密测角系统由度盘及其照明系统和读数显微镜组成。
由于对准望远镜在瞄准时带动度盘一道转动,故通过读数显微镜可读得偏折角值。
其中“度”,“十分”由度盘直接读得,小数部分由测微尺读出,仪器最小格值为0.05分。
为扩大仪器的测量范围,仪器附有三块不同折射率的V棱镜供选用。
3.测量方法
(1)制备试样:
两直角面细磨或抛光,直角误差<1′。
(2)制备折射浸液,其折射率nL与待测试样折射率n之差控制在0.01范围内。
(3)依据被测样品折射率选定V棱镜,使|n-n0|≤0.2。
(4)校零位读数:
将校正零位用的标准玻璃块涂以相应的折射浸液后,放入V棱镜V槽内,并注意排除其间气泡。
用对准望远镜的双线对准平行光管的单线像。
此时读数应校成0°
0.00′。
如校后仍有余数,则以该数作为零位读数。
更换V棱镜或改变单色光的波长时均需校零位。
(5)取下标准块,仿上述办法放入试样,重新对准读数五次。
各数经零位修正后,再求平均值。
即得被测试样对某一谱线的偏角
,依次测得试样对D、C、F、e、g、h谱线的偏折角。
参看表3-1进行记录。
表3-1V棱镜法测量玻璃折射率的数据记录表
V棱镜编号noD________noC________noF________
noe________nog________noh________
被测试样编号No________浸液折射率nLD________
零位读数____________________________________
复测次数
D
C
F
e
g
h
1
2
3
4
5
平均值
(6)由平均值查-(n-n0)表或代入式(3-1),即得到待桧试样对各单色光的折射率,并求得色散值。
四、测量误差分析
折射率的测量标准偏差为
(3-2)
式中(n0)——V棱镜的折射率标准偏差;
()——偏角的测量标准偏差。
上式中的微商可由式(3-1)求得
偏折角的测量标准偏差包括下述三个因素:
度盘刻线的标准偏差σ1,对准望远镜的单次对准标准偏差σ2以及读数显微镜的读数标准偏差σ3。
在测角θ时,需要两次对准和两次读数,故角的测量偏准偏差为
σ(n0)通常是用精密测角仪以最小偏向角法测得的。
一般不大于5×
10-6;
而σ(θ)一般可控制在1.5×
10-5弧度范围内。
对应的σ(n)可达到(1~2)×
10-5,这满足一般的折射率测量精度要求。
1.要使V棱镜折光仪达到预期的测量精度,你认为实验过程中应满足那些测试要求?
2.本仪器中对准直物镜与对准望远镜物镜的像差校正有什么要求?
3.为何要规定一块V棱镜只适用测量折射率为某一范围的玻璃试样?
4.若采用一对样品法(即用同一待检玻璃做成两块偏差不大于5′的直角形试样,然后再将两直角的一个面胶合在一起,磨另一面成平角),应如何测折射率?
这样做有什么好处?
5.若已知V棱镜折光仪的对准望远镜放大率Γ=6×
,读数显微镜总倍率ΓM=58×
,度盘刻度直径φt=114.6mm,格值中读差σ=±
2″,请你估算一下θ角的测量误差有多大?
6.实验过程中,放入折射浸液有什么作用?
对折射浸液有什么要求?
应如何配制?
7.平行光管的分划面的单线应按什么方向放置?
其透光狭缝有什么用?
8.度盘转轴为什么要与V棱镜的V型缺口棱边平行?
9.测各谱线的折射率时,共用一个D光的零位读数可以吗?
附录
按我国无色光学玻璃的国家标准规定:
每种玻璃应给出7种光谱线的折射率。
表3-2列出7种谱线的波长,符号及产生这些谱线的元素灯。
表3-2列出了常用折射液的折射率及色散值。
表3-2
谱线符号
波长(nm)
元素灯
备注
h
404.7
汞(Hg)灯
当元素灯同时发出几条光谱
线时,为得到某一波长的谱
线,需配用相应波长的滤光
片。
g
435.8
F
486.1
氢(H)灯
e
546.1
D
589.3
钠(Na)灯
C
656.3
A
766.5
钾(K)灯
表3-2常用折射液的折射率和色散(表中*为常用的)
液体名称
nD
nF—nC
煤油*
1.446
0.0088
液体石腊
1.480
0.0086
丁香油
1.533
0.0174
三溴甲烷
1.593
0.0181
碘苯
1.620
0.0253
—溴代萘*
1.656
0.0320
—碘代萘*
1.705
0.0375
二碘甲烷
1.741
二碘甲烷加硫磺的饱和液
1.787
0.0423
溴化硒(Se2Br2)
1.960
实验四简式偏光应力仪测量玻璃双折射
1.掌握简式偏光应力仪测量玻璃双折射的原理和方法。
2.会根据干涉色来计算双折射,并确定光学玻璃的等级。
二、实验内容及所用器具
1.利用简式偏光应力仪测量被测试样的双折射
简式偏光应力仪、被测试样。
1.测量原理
光学玻璃在退火过程中,由于各处温度不均匀而保留下来的应力称为残余应力,它会引起双折射。
光学玻璃的质量指标是以光通过1cm厚的玻璃时,由o光和e光所产生的光程差表示的。
若玻璃厚度为d,通过该玻璃时,o光和e光的光程差为△,则双折射为
(4-1)
式中,no,ne—分别为o光与e光的折射率。
光学玻璃双折射的测量实际上就是测量o光和e光的光程差。
由于o光和e光都是线偏振光,故双折射测量都是用偏振光干涉实现的。
干涉色法是利用线偏振光干涉,由干涉色的识别来确定光程差的大小。
为此,自然光须经起偏器变成线偏振光入射。
若玻璃不产生双折射,则仍以线偏振光射出。
使检偏器的主方向与起偏器正交,则人眼看到的是暗视场。
若玻璃具有双折射,则出射的o光和e光之间具有稳定光程差,通过检偏器将发生干涉。
由干涉色可判定光程差,并确定双折射等级。
玻璃的双折射以垂直应力方向上单位厚度内o光与e光的光程差δ(nm/cm)表示,按表4-1分为四类。
表4-1
类别
玻璃中部光程差δ(nm∙cm-1)
1a
6
10
20
50
2.测量方法
带有全波片的偏光仪如图4.1所示。
起偏器与检偏器正交,两者间放有全波片。
全波片的两个主方向(快慢轴)与起偏器的主方向成45°
打开光源后,人眼通过检偏器看到视场中干涉色为均匀的紫红色。
将待检试样放在台面玻璃板上,视场中的干涉色将依据试样各部位光程差的大小发生相应的变化。
图4.1偏光仪光学系统
1—光源;
2—隔热片;
3—聚光镜;
4—反射镜;
5—起偏器;
6—全波片;
7—发散透镜;
6—台面玻璃;
9—待检玻璃;
10—检偏器
测量时,可一边绕着仪器光轴转动试样,一边观察干涉色变化,找出试样中干涉色变化较大的某一部位(一般研究试样的中部),并确定最高色序和最低色序的两个位置,然后查表求得这两个色序对应的光程差,取二者的平均值,然后带到公式4.1中求出双折射δ,再在表4-1找到试样所对应的玻璃等级。
由于该法存在着对干涉色判别的主观误差,其灵敏度较低,只适用于测量精度要求不高的场合。
四、思考题
1.提高简式偏光应力仪测量精度的方法有哪些?
2.测量圆板玻璃时,将观察到什么现象,试分析之。
3.为什么用双折射光程差来表示光学玻璃应力的大小,试分析之。
实验五光学零件曲率半径测量
1.掌握自准显微镜法测量球面曲率半径的原理和方法。
2.熟悉3C型自准球径仪的结构特征及其测量范围。
3.了解影响测量精度的主要因素,并能正确地给出测量误差。
1.用3C型自准球径仪分别测量凸、凹球面的曲率半径。
2.所用工具:
3C型自准球径仪、待测凸、凹球面光学零件。
1.测量原理:
自准球径仪测量凹球面曲率半径的原理如图5.1所示。
自准球径仪的核心部分是自准显微镜。
利用自准显微镜分别对待测球面的球心C和顶点A进行自准直调焦(可由自准分划像清晰无视差的成在分划处判定)。
借助投影测长机构测出两次调焦时,自准显微镜(或待测球面)沿轴移动的距离,即为衍测球面的曲牵半径。
在实际测量中,为了获得尽可能高的测量精度,仪器备有一套不同放大率的物镜供选用。
国产3C型自准球径仪结构如图5-2所示,主要由测量座、夹持器组件以及底座等三大部分组成。
图5.1自准球径仪测曲率半径的原理图
1—待测球面;
2—自准显微镜
图5.2自准球径仪结构示意图
1—测量座;
2—夹持器组件;
3—底座
测量座由可沿底座导轨方向移动的上、下滑板、自准显微镜、200mm长精密玻璃刻尺以及投影读数器组成。
借助手轮,自准显微镜能沿光轴方向进行粗动和微调,其位置可由玻璃刻尺经投影读数器(最小格值0.001mm)测得。
夹持器可依据待测面曲率半径的名义值,沿导轨床面定位在某一刻线标志处。
夹持器用于装卡和调整待测光学件。
转动其上的两调节螺,即可使待测球面分别沿水平和垂直方向做倾斜微调,以将球心准确调到显微镜瞄准轴线上。
2.测量步骤
由待测球面的口径、曲率半径尺寸及要求的精度选用适当倍率的显微镜。
仪器备有4×
、10×
和40×
物镜供选用。
由待测球面曲率半径名义值,将夹持器沿导轨床面装定到需要刻线标志位置。
将待测件装卡到夹持器上。
轴向微动测量座并微调待测件使自准显微镜的目镜视场中,观察到过球心的清晰且无视差的自准像。
在投影读数器读得对应球心的位置读数x1。
移动测量座,使自准显微镜对待测面顶点调焦,直至目镜视场中再次看到清晰无视差的自准像。
读得对应球面顶点的位置读数x2,则被检面的曲率半径R应为
R=x2—x1+x0(5-1)
式中x0为夹持器装定位置的刻线标志读数(0、200、400、600、……)。
测凸球面曲率半径的步骤也大致类同,只是所测半径范围受到显微镜工作距限制。
四、测量误差
(5-2)
式中1——夹持器的定位误差;
2——投影读数器的读数标准偏差;
3——自准显微镜的两次调焦误差;
4——玻璃刻尺的刻线标准偏差。
1.自准球径仪测球面曲率半径时,球面顶点自准像与球心自准像,哪个好找些?
2.为提高自准显微镜的清晰度法的调焦精度,其光学参量应怎样选择?
3.凸球面曲率半径的测量范围由什么限定?
在不降低测量精度条件下,可否增大凸球面的半径测量范围?
4.测R<200mm的凹球面曲率半径,夹持器座的定位误差对曲率半径测量精度有否影响?
5.用自准球径仪测R为30mm,口径为25mm的凸凹对板,发现所得数据不一致,问哪个结果更可靠些?
实验六平面光学元件的光学不平行度测量
1.掌握比较测角仪的使用和测量玻璃平板光学不平行度的原理和方法。
2.掌握测量反射棱镜光学不平行度的原理和方法。
1.测量直角棱镜DⅠ—90°
的光学不平行度,并判别角度误差和棱差。
2.测量直角棱镜DⅡ—180°
的光学不平行度,判别角误差和棱差。
3.所用器具:
GXY型比较测角仪、待测玻璃平板、直角棱镜DⅠ—90°
和DⅡ—180°
三、测量原理和方法
若反射棱镜存在角误差或棱差,则展成的玻璃平板将存在不平行度,称为反射棱镜的光学不平行度。
其中,在入射光轴截面内的不平行度分量称为第一光学不平行度Ⅰ(它是由角度误差引起的);
而垂直光轴截面方向的不平行度分量称第二光学不平行度Ⅱ(由棱差产生的)。
自准直法测量光学不平行度的原理如图6.1所示。
由自准望远镜射出的一束平行光,分别经玻璃平板的前后面反射,在望远镜的视场中得到互成角的两个像,则玻璃平板的不平行度
(6-1)
图6.1自准直法测光学不平行度原理图
1—待测玻璃平板;
2—自准望远镜
式中n——玻璃平板的析射率。
考虑到自准望远镜分划是按实际角度值之半标注的,故
(6-2)
2.比较测角仪简介
测量光
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 平面 光学 元件 平行 测量