GCS-ABE 光学系统像差理论综合实验

实际光学系统所成的像，都不可能完全符合理想，所谓像差也就是实际光学系统和理想光学系统成像的差别。 像差的大小也就代表了光学系统成像质量的优劣。当成像光束孔径角增大或成像范围增大时就会产生球差，慧差， 像散，像面弯曲和畸变等单色像差，当光学系统采用白光或者复色光成像时还会产生位置色差和倍率色差等。像差 使像变模糊、失真，在光学测量中还会影响测量精度。此外，像差知识也是几何光学和光学设计学习的重点和难点。 本实验系统让实验者了解并掌握像差产生的原因，观察各种像差，学会减少像差的办法，从而加深对概念的理解。 学习掌握光学系统像差测量的原理和方法。

◆ 知识点：

光线的光路计算、球差、正弦差和慧差、场曲和像散、畸变、色差、阴影法、星点法

◆ 涉及课程：

光学、工程光学、光学系统设计、光电测试技术

◆ 实验内容：

·星点法测量光学系统色差、球差、像散

·星点法观测彗差

·刀口阴影法测量光学系统色差、球差、像散

·激光剪切干涉法测量光学系统初级球差

◆ 实验原理：

阴影检验法的实质在于根据所观察的阴影图判断实际波面对球面波的偏差。阴影检验法测量球差的光路如图 1 所示。点光源 S 经平行光管物镜和被测物镜后成像在 S' 点。如果被测物镜无像差，S' 可看成球面波的球心。眼睛处 在 S' 点出后面并靠近 S' 点向被测物镜的出瞳调焦，可观察到整个均匀明亮的出瞳。通过在轴向所观察到的阴影图的 变化来测量对应的环带的焦点位置，从而测出相应的各像差值。

星点检验法是通过观察点目标的成像质量，来定性判断光学系统的成像质量。本实验使用点光源作为点目标， 通过光学系统成像，观察在像面及像面附近不同横截面上的衍射像的圆度，判定像质。

平板剪切干涉是采用一块具有一定厚度的高质量光学平板将通过被测光学系统的具有空间相干性的波面分裂为 两个完全相同的波面，并且使这两个波面彼此相对错位，在这两个波面的重叠区将产生干涉，从剪切干涉图解出系 统的像差系数。

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◆ 效果图：

◆ 技术指标：

·HeNe 激光器：波长 632.8nm；功率 ≥2mW，TEM00，安全双开关（钥匙保护开关、船型开关），安全保护高压插头；

·三色 LED 光源：红、绿、蓝单色，功耗 >1W，亮度可调；

·图像传感器：彩色 CMOS 相机，靶面尺寸 1/2″，分辨率 2048*1536，像素 3.2um，光谱相应 400um-1030um， 电子快门 55us-600ms，支持 C/c++,labview, 的开发，可用 halcon，openCV, 支持 xp，win7，win8（32bit/64bit），

灵敏度 1.6v@550nm/Lux/s, 帧率 15 帧 / 秒，USB2.0；含支撑底座；

·平行平晶：Φ50mm，带保护框，光洁度Ⅲ级，平行度《2″；

·平行光管：平行光管：通光孔径 Ф50mm，f400，包含 50μm100μm 星孔，可更换分划板，预留 LED 光源接口 和光纤束转接口；

·光纤传光束：光纤通光孔径 4mm，长度 0.8m；银色金属保护外套；

·刀口组件：带保护套，57mm*52mm*6.5mm，刀刃长 30mm，可 90° 45°双向切割光轴，XY 双向切割范围

25mm；

·环带光阑：Ф30、20、10mm 三种环直径，环宽 1mm，分别可模拟离轴到近轴光束；

·像差专用软件：像差模拟软件，剪切干涉法计算离轴距离及初级球差；

·激光扩束组件：40х 显微物镜，NA0.65 含支撑镜架；

·待测透镜组件：直径 Φ40mm, 焦距 f200mm，（提供球差、慧差和像差测试条件）含镜架；

·精密光学导轨：1200mm（长）×100mm（宽），可搭载 GCM 系列精密光机调整部件；

·精密机械调整架：角度精度 ±4′，分辨率 0.005mm，调节机构保证等双轴等高，横向偏差 1′，纵向偏差 1′；

·光学元件：BK7 A 级精密退火材料，焦距 ±2%，直径 -0.2mm，中心偏差 3′，光圈 1-5；局部误差 0.2-0.5，面 粗糙度 60/40（Scratch/Dig），MgF2 增透膜镀膜，有效孔径 90%；

◆ 设备成套性：

氦氖激光器、单色 LED 光源、特殊镜头组件、平行平晶、平行光管、刀口、像差测量软件、黑白数字摄像机

◆ 必备设备：

电脑（可用笔记本）

◆ 选配清单：

光学平台、光学清洁箱、实验设备展板

◆ 建议课时：

4 课时