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1.1 课题的研究背景及意义 1
1.2.1 焦距测量的常规方法 3
1.2.2 长焦距的测量方法 5
1.3 论文的主要研究内容 6
2 长焦距测量系统原理 7
2.1 Talbot效应 7
2.1.1 单色球面波入射Ronchi光栅的泰伯效应 8
2.1.2 单色平面波入射Ronchi光栅的泰伯效应 10
2.1.3 泰伯效应成像极限距离分析 11
2.2 莫尔条纹技术 12
2.2.1 遮光阴影原理解释 13
2.2.2 傅立叶变换频谱原理解释 14
2.3 基于泰伯莫尔效应的长焦距测量原理 16
2.4 长焦距测量公式优化 18
3 长焦距测量系统的设计 20
3.1 测量系统的的整体结构 20
3.2 基于莫尔条纹模拟的系统参数设计 22
3.2.1 莫尔条纹模拟仿真模型的建立 23
3.2.2 光栅夹角 24
3.2.3 光栅间距 26
3.2.4 光栅周期 27
3.3 系统模拟结果分析 28
4 长焦距测量系统的装校 30
4.1 准直播前发生器的装调 30
4.2 栅线夹角的装调 33
4.3 栅线夹角的标定 35
4.3.1 光栅栅线夹角标定的必要性 35
4.3.2 反射球面法标定光栅栅线夹角 35
4.3.3 光栅栅线夹角标定实验 37
5 长焦距测量实验与分析 40
5.1 系统的测量口径 40
5.2 系统的测量范围 41
5.3 系统的测量不确定度 45
5.4 系统重复性测试 48
5.5 系统稳定性测试 49
结论 51
致谢 53
参考文献 54
1 引言
1.1 课题的研究背景及意义
众所周知，能源是人类赖以生存和发展的基础。纵观整个人类发展史，随着科技进步和生活方式的不断改变，能源的开发和利用不断深入，煤、石油、天然气等能源的消费增长迅速。考虑到今后能源的消耗量增大、资源的枯竭以及为保持地球环境，开发出干净安全的、能支撑社会活动的大规模能源，是人类文明存续的必要条件，其中核能就是一个重要方向[1]。
激光可控核聚变就是核能利用的途径之一。它的基本原料是氢的一种同位素—氘，氘广泛存在与重水中。据勘探资料表明，每升海水中含有0.03克氘，0.03克氘聚变时释放出的能量大致相当于300升汽油燃烧时释放出的能量。全球海水的总体积约为13.7亿立方千米，重水的总储量约为200万吨，用其作可控聚变的原料的发电量足以轻而易举的提供人类5000万年的能源消耗，可以认为是一种永久能源[1]。在军事上，如果利用强激光代替原子弹为氢弹点火，由于不会像原子弹一样产生放射性污染，这种第四代核武器的发展不受《全面禁止核试验条约》的限制，可作为常规武器使用。美国、日本、法国、俄罗斯等国家均十分重视该领域的相关技术研究。
对于一些大型高功率激光系统，大口径、长焦距光学元件是不可或缺的，以我国的神光Ⅲ系统为例，有数千件口径在 以上的大口径光学元件，其中很多是用于空间滤波和聚焦的长焦距光学元件。这些光学元件在其球面和非球面的加工过程中产生的加工误差会对其焦距值产生重大影响，同时在使用时还容易受到环境因素的影响。这些光学元件中的任何一件出现问题，都可能会造成巨大的损失。这些光学元件焦距的测量及焦点位置的确定精度，将直接影响空间滤波的效果和光学系统的精确对准。
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