基于朗奇-泰伯效应及莫尔条纹技术,利用发散光和不等周期光栅的焦距测量方法被用于小口径长焦透镜的焦距测量。将一块曲率半径存在加工误差的平凹长焦透镜作为待测透镜进行焦距测量。在未知透镜真实曲率半径的情况下,首先计算待测透镜曲率半径误差对焦距检测精度的影响,并确定透镜在整个检测系统中的位置,然后进行透镜焦距实际测量,分别计算多组测量焦距值。通过对比发现,在未知待测透镜曲率半径的情况下,检测焦距的重复性、稳定性均一致,所测焦距均为33200~33270 mm,且重复性精度高于±0.055%,测量精度优于焦深的1/5。结果充分说明,所提方法对小口径长焦透镜的焦距检测是可靠、有效的。

为了满足100m~3km特长焦距参量的测试校准需求, 采用Talbot-Moiré条纹技术法, 设计了一套长焦测焦仪。针对影响仪器测量不确定度的系统参量, 分别设计了校准方法, 并对仪器测量不确定度评定结果进行了实验比对验证。结果表明, 校准后仪器测量不确定度评定为6.4%; 校准后的长焦测焦仪测量结果与刀口仪测量结果满足测量不确定度比对公式; 对比结果最大为0.64, 小于1; 长焦测焦仪测量不确定度评定合理。该研究验证了长焦测焦仪系统参量校准方法的可行性。

为了实现高能激光材料热效应参量的在线测试,设计了一套50mm口径的测量装置。装置采用准直He-Ne激光为光源,准直光经激光材料后的光程差用Hartmann-Shack波前传感器检测。根据波像差分解理论及波前变换关系,获得了高能激光材料热效应参量。分析评估了装置的扩展测量不确定度,对影响测量不确定度的系统参量进行了校准,最后设计并完成了测量不确定度对比验证实验。结果表明,系统波前畸变测量不确定度为0.06λ, 30m~120m范围热焦距的扩展测量不确定度为8.4%。该系统能有效地用于高能激光材料热效应参量的在线测试。

提出了一种基于模板匹配的亚像素处理方法，可以精确计算出在大口径长焦距测量过程中出现的莫尔条纹的角度。基于泰伯效应和莫尔条纹干涉的长焦距测量方法是一种高精度的焦距测量方法。理论分析表明：这种测量方法的精度很大程度上依赖于莫尔条纹角度的精度。之前是通过迭代算法在亚像素域中寻找莫尔条纹频谱的最大值点来计算莫尔条纹的角度。然而实验过程中得到的莫尔条纹往往会出现不同程度的弯曲和畸形，这会大大影响这种方法的测量精度。从改进测算角度算法这个角度出发，针对傅里叶变换后的频谱图，基于模板匹配的思想，对各种莫尔条纹进行二维正态分布拟合，找出频谱点精确坐标，从而精确测量莫尔条纹角度。理论分析和软件仿真表明：这种方法具有高精度、高稳定等优点，能有效提高长焦距的测量精度。

针对长焦距测量中被测透镜像差引入的焦距测量误差提出了一种校正方法。传统长焦距测量中使用高斯公式来计算被测透镜的焦距值，未考虑被测透镜像差引入的误差。在采用发散光作为测量光束的大口径光学元件焦距测量中，该误差成为了影响测量精度的重要因素。详细分析了基于发散光和泰伯效应的长焦距测量法，利用数值方法获得了误差修正值，并与Zemax的仿真结果进行了对比。利用Visual C++编程，实现了测量结果的自动校正功能。对名义焦距值为13500 mm和31251 mm透镜的测量数据分别进行校正后，其相对于名义焦距值的测量精度分别优于0.007%和0.022%。将校正后的测量精度与干涉仪法的测量精度进行了对比，结果充分说明了该方法是可靠和有效的。