发布时间 : 星期一 文章工程光学实验(1) (1)更新完毕开始阅读70cd656ac8d376eeafaa318a
分界(呈均匀分布的半暗圆环) 位置相对应的刀口位置, 一般系统球差的表示以近轴光束的焦点作为球差原点。
图6-2 系统存在球差时的阴影图
实验步骤
首先在此介绍刀口组件：刀口组件由成45°角的刀片和其固定架构成，如图6-3所示。
图6-3 刀口组件示意图
1球差的测量：
（1）参考示意图6-4，搭建刀口阴影法测量球差的实验装置。
图6-4 刀口阴影法球差测量装置
LED（任意颜色）光源通过平行光管准直，待测透镜汇聚焦点，通过最大最小两种环带光阑分别选光，使用刀口装置在焦点位置之前依次沿光轴切过，在焦点后的观察装置依次接收阴影，根据阴影环的变化现象寻找汇聚切点，测量两个汇聚切点得到轴向的球差。
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LED（任意颜色）光源通过小孔平行光管准直，待测透镜汇聚焦点，用最小环带光阑选光，接收装置在汇聚点后，根据阴影现象，刀口找到汇聚点，取走环带光阑，刀口切整个弥散汇聚点，根据阴影逐渐变暗的过程，近似读取刀口垂轴移动距离。
备注：实验关键的找到聚焦点，刀口如果是切到聚焦点时CMOS相机可以看到光斑瞬间变暗，我们改变光阑大小分别找到聚焦点，计算聚焦点之间的距离为轴向球差。 2像散的测量
（1）LED光源通过针孔平行光管准直，最小光阑选光，待测透镜汇聚焦点，使用刀口装置，45°切入光轴，并将平移台沿光轴方向移动，记录阴影方向相互正交的两个轴向位置之差。
（2）过程示意图如图6-5：
（3）刀口在光轴上移动过程中，分别记录横向和竖向对应平移台示数为X2X1-即为像散测量值。
X1，
X2，
图6-5 刀口法检测像散示意图
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实验7 剪切干涉测量光学系统像差
引言
利用玻璃平行平板构成简单的横向剪切干涉仪可以观察到单薄透镜的剪切干涉条纹，并由干涉条纹分布求出透镜的几何象差和离焦量。 实验目的
利用大球差镜头的剪切干涉条纹分布测算出该镜头的初级球差比例系数和光路的轴向离焦量。 基本原理
剪切干涉是利用待测波面自身干涉的一种干涉方法，它具有一般光学干涉测量方法的优点即非接触性、灵敏度高和精度高，同时由于它无需参考光束，采用共光路系统，因此干涉条纹稳定，对环境要求低，仪器结构简单，造价低，在光学测量领域获得了广泛的应用。横向剪切干涉是其中重要的一种形式。由于剪切干涉在光路上的简单化，不用参考光速，干涉波面的解比较复杂，在数学处理上较繁琐，因此发展利用计算机里的剪切干涉技术是当前光学测量技术发展的热点。
如图7-1所示，假设W和W?分别为原始波面和剪切波面，原始波面相对于平面波的波像差（光程差）为W??,??，其中P??,??为波面上的任意一点P的坐标，当波面在?方向上有一位移s(即剪切量为s)时，在同一点p上剪切波面上的波象差为W(??s,?)，所以原始波面与剪切波面在P点的光程差（波象差）为：
?W(?,?)?W(?,?)?W(??s,?) (1)
图7-1 横向剪切的两个波面
由于两波面有光程差?W所以会形成干涉条纹，设在P点的干涉条纹的级次为N，光的波长为?，则有，
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?W?N? (2)
能产生横向剪切干涉的装置很多，最简单的是利用平行平板。如图7-2为平行平板横向剪切干涉仪的装置图。
激光器 扩束镜 待测镜 光阑 平行平晶 白屏 图7-2 剪切干涉示意图
相机 由于平行平板有一定厚度和对入射光束的倾角，因此通过被检测透镜后的光波被玻璃平板前后表面反射后形成的两个波面发生横向剪切干涉，剪切量为s，s?2dncosi'，其中d为平行平板的厚度，n为平行平板的折射率，i'为光线在平行平板内的折射角。s一般为1到3毫米左右。当使用光源为氦氖激光时，由于光源的良好的时间和空间相干性，就可以看到很清晰的干涉条纹。条纹的形状反映波面的像差。
分析计算如下：
y ? x A 物平面 (x0,y0) 主光线 (?,?) O ? 入射光瞳
图7-3计算原理图
如图7-3所示为光学系统的物平面和入射光瞳平面，其坐标分别为?x,y?和??,??平面,AO为光轴。对于旋转轴对称的透镜系统，只需要考虑物点在y轴上的情形（物点的
??。波面的光程W只是?、?和y0的函数，即
坐标为0,y0）
W??,?,y0??E1?E3?? (3)
其中E1是近轴光线的光程
E1?a1?2??2?a2y0? (4)
??上式中，a1??z2f2，a2?1f，y0是物点的垂轴离焦距离，?z物点的轴向离焦距离。
E3是赛得像差（初级波像差系数：b1场曲，b2畸变，b3球差，b4慧差，b5像散）
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