介绍了大口径、宽光谱、折射式平行光管物镜的设计理论。结合项目设计实例: 工作波长范围400～1100 nm, 焦距2000 mm, 相对口径1/10的折射式平行光管系统,论述了光学 设计初期玻璃材料选取、初始结构选取与光焦度分配等问题。利用修正的相对部分色散P与阿 贝数V建立复消色差方程组求解初始结构,使用Zemax软件优化设计出在全谱段范围内复消色差的平行光管系统。 最后,给出Zemax软件分析的像差结果,系统中心视场内的点列图优于5 μm, 中心波长波像差优于1/60λ, 焦距色偏移量为0.33 mm, 其余像差均在设计指标之内。

大口径凸非球面检验是非球面镜制造领域的难题之一。结合项目中一块相对孔径F/0.75, 口径为332mm凸抛物面副镜的研制实例, 在分析传统检验方法优缺点及适用性后, 针对性地提出了一种类Offner透射补偿检验的新方法。基于三级像差理论出发求解其初始结构, 使用Zemax软件分析与优化, 从设计结果上看, 此方法补偿精度很高, 有效地补偿了非球面的法线像差。用蒙特卡洛方法分析给出公差分配方案, 并研制出类Offner透射补偿器, 用于凸抛物面镜的面型检验, 表明此检验方法是完全可行的。实际加工完成后, 用4D干涉仪检测镜面的面形精度达到RMS=0.0183λ优于λ/50(λ=632.8nm)。

离轴凸双曲面的加工和检测是非球面加工检测中的一个比较困难的问题。结合一块口径φ230mm、离轴量226mm的凸双曲面镜, 提出了离轴凸双曲面镜单修加工以及采用离轴Hindle球检测偏转角度的离轴凸双曲面镜这一方案。给出了单修加工工艺, 并解决了检测光路的搭建难点。加工完成的离轴凸双曲面的面形精度RMS优于λ/50(λ=632.8nm)。结果表明此方案是可行的, 具有重要的现实意义。

在用刀口检验凸双曲面反射镜时,一般采用传统的Hindle球检测法,但是在许多仪器中,需要曲面反射镜全口径使用,因此,Hindle球检测法是不合适的。此外,在很多情况下,刀口到待检非球面的距离很长,从而降低了刀口检验精度。为了解决这些问题,结合口径Φ=120mm的凸双曲面的检测,在分析了传统检验方法的基础上,提出了有限距离球面波入射的凸非球面透射补偿检验方法。从设计结果上看,它缩短了刀口到待检非球面的距离,获得高精度补偿。实践表明,这种方法不仅能够提高加工效率,而且提高了加工精度,实际加工完成后,这块凸双曲面的RMS值达到了λ/60。