光補償器

光補償器屬於一種補償元件，原理是利用其工作主體的有效伸縮變形，以吸收管光原因而產生的尺寸變化。

基本介紹

• 中文名：光補償器
• 套用領域：能源領域，計量領域

研究背景

隨著光電設備使用環境的不斷複雜化，雷射、紅外、可見光等多譜段共口徑設計成為了迫切需要，以滿足不同情況下的探測要求。只有反射式結構能同時滿足紅外、雷射、可見光多譜段通過。而離軸反射式光學系統比起其他的系統具有體積小，結構緊湊，無中心遮攔，視場可以做大，焦距可以做長，口徑可以做大等優點，常被多譜段共口徑光電系統作為共口徑端，以滿足其對多譜段、大視場、高解析度、小型化等要求。離軸反射式系統中主鏡和三鏡常採用凹非球面，次鏡常採用凸非球面。凸非球面鏡的檢驗比凹非球面鏡困難，特別是無法透射的凸非球面，需要有一束至少接近被檢面口徑的會聚光束，檢測時所需的輔助光學元件甚至要遠大於所需要檢測的非球面的尺寸。採用補償器進行補償法檢測時，設計出的補償器對非球面的像差進行補償，使非球面反射回來的光線經過該裝置後又能原路返回，補償後的無像差像點可用常規的檢測方法，如陰影法、干涉法、星點法等進行檢測。

光補償器結構計算方案分析

光學系統的初始結構計算通常採用代數法和縮放法，代數法是根據像差理論來求解滿足成像質量要求的初始結構的方法，縮放法根據相近似的結構作為初始結構[8]。然而，縮放法得到優質的光學設計的前提是選擇的縮放對象系統合適，因此縮放法具有一定的局限性。非球面補償器是與被檢面一一對應，因此很難找到合適的縮放對象，因此補償器初始結構一般使用代數法進行求解。但是，代數法求解初始結構過程繁瑣，準確性差。而且代數法求解是基於近軸光學條件，即使進行實際光學系統結構求解，仍然是基於近軸光學公式。採用代數法求解初始結構，首先利用賽德和數或者波像差理論表示像差，其次，採用近軸光學計算公式計算外形尺寸和實際光學系統結構，這些計算方案的前提是近軸光學條件。

公差分析

由於補償器屬於高精度要求光學系統，公差分析十分必要。由於系統工作波長為單色波長，並不存在二次光譜，所以透鏡的色散係數不用考慮。但是，由於補償器透鏡材料的均勻性對補償效果有明顯的影響，選擇透鏡材料時需要考慮折射率特性，因此透鏡材料選擇均勻性能良好的H-BAK7玻璃(成都光明光電股份有限公司)。公差分析過程中，不需要引入阿貝常數公差，只需要考慮折射率公差。根據調研，得出了工藝的公差容限。基於以上所述，對設計結果按照給出的公差條件進行敏感度分析，將裝配時補償器最後一面到被檢測面之間的空氣間隔作為系統公差的補償，部分結構參數變化引起的波像差RMS值變化不明顯。非球面補償器系統的結構數據與透鏡曲率半徑和透鏡厚度的加工誤差可以求出，當結構參數發生變化時，系統波像差RMS 變化的最大量為800.6。該系統的曲率半徑和其厚度在加工公差範圍內變化時，系統性能變化不大。