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两镜系统计算机辅助装调研究

作　者: 孔小辉
导　师: 樊学武
学　校: 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）
专　业: 光学工程
关键词: 计算机辅助装调技术矢量波像差理论干涉检测 Zernike多项式离轴非球面偏轴二镜系统抛物面反射镜
分类号: TH74
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着对各种光学仪器的光学系统性能要求日益提高，系统的光机结构也变得更为复杂，特别是大口径离轴非球面的广泛使用，使得系统装调成为此类光学系统研制过程中的关键环节，高精度的装调也越来越依赖高技术的支持。以现代的先进测试技术、光学理论和计算机分析技术为支撑的计算机辅助装调技术，正逐渐成为复杂光学系统研究的关键技术之一，并在近年来得到迅速发展。光学系统的装调过程要比它的原始设计更为复杂，一个含有多个组件的失调光学系统像面上各种像差随视场的变化情况非常复杂，且以出瞳和视场的表达式形式进行了详细的描述，这虽然有助于理解但却很难应用于装调过程中。本论文基于矢量波像差理论建立了系统三阶波像差、视场坐标及Fringe Zernik系数之间关系的数学模型，并通过系统的波像差特性将组件的失调转换为该组件对应像方视场的位移变化，建立了失调光学系统的波像差模型，将系统波像差检测结果与组件失调状态联系起来。针对含有离轴非球面的无遮栏、大口径、长焦距平行光管光学系统，通过计算光学组件的公差确立了该系统在计算机辅助装调过程中的装调流程和步骤：以主镜为装调基准，对主次镜系统进行粗装调，建立了抛物面主镜的波像差模型和系统的波像差模型，对模型的正确性及精确性进行了验证，对计算机辅助装调技术在该光学系统中的应用进行了仿真计算，其结果表明所建立的波像差模型可以准确的获得系统中待装调组件的失调量，计算过程收敛，计算机辅助装调技术的应用可以满足对该光学系统的装调需求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章概述  8-13
  1.1 研究目的与意义  8-9
  1.2 国内外发展现状  9-12
  1.3 本论文所要做的工作  12-13
第二章矢量波像差理论  13-20
  2.1 波前像差的表示形式  13-15
    2.1.1 波前像差的标量展开  13-14
    2.1.2 波前像差的矢量展开  14-15
  2.2 失调系统的波像差展开表示  15-16
  2.3 失调系统初级像差特性  16-20
第三章基于矢量波像差的计算机辅助装调技术理论  20-36
  3.1 计算机辅助装调技术概述  20-22
  3.2 光学系统的像差检测及评价方法  22-26
    3.2.1 光学系统波像差的干涉测试法  22-23
    3.2.2 波像差的 Zernike 系数表达式  23-26
  3.3 计算机辅助装调的矢量波像差理论及数学模型  26-30
    3.3.1 波像差的矢量乘法  27-28
    3.3.2 光学系统视场、波像差与 Zernike 系数的数学模型  28-30
  3.4 失调系统的波像差数学模型  30-36
第四章 CAA 技术在 30 米平行光管光学系统装调中的应用  36-64
  4.1 30 米平行光管光学系统介绍  36-38
  4.2 平行光管光学组件公差分析  38-40
  4.3 系统的计算机辅助装调流程  40-44
  4.4 系统波像差模型  44-53
    4.4.1 离轴抛物面主镜的波像差模型  44-51
    4.4.2 系统的波像差模型及分析  51-53
  4.5 计算机辅助装调应用的仿真计算  53-64
第五章总结与展望  64-66
  5.1 论文主要的研究工作  64-65
  5.2 不足与后续工作展望  65-66
附录  66-76
  附录 A 失调波像差 CODE V 宏语言计算程序  66-68
  附录 B 30 米平行光管系统失调模型系数 Matlab 计算程序  68-70
  附录 C 失调波像差 CODE V 宏语言计算程序  70-72
  附录 D 30 米平行光管系统失调量 Matlab 计算程序  72-76
参考文献  76-82
发表文章  82-84
感谢  84

两镜系统计算机辅助装调研究

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