光学元件的通用规范

光学规格用于部件或系统的设计和生产，以使部件或系统能够准确地满足特定的性能要求。光学规格之所以有用，有两个原因: 首先，它们可以为确定系统性能的关键参数指定可接受的限制; 其次，它们可以确定资源量 (i。e.,时间和成本) 应该花在生产上。

来自领先的光学系统的参数光学元件公司低于或超过指定可能会影响其性能，导致不必要的资源浪费。未能正确设置所有必要的参数可能会导致规格不足，从而降低性能。过于严格地定义系统参数而不考虑光学或机械要求的任何变化可能导致规格过高，这可能增加成本和生产难度。为了了解光学规格，重要的是首先要了解它们的含义，因此，了解最常用的规格将为您了解几乎任何光学产品的规格提供最坚实的基础。

光学元件生产规格

1.直径公差

圆形光学器件的直径公差提供了可接受的直径值的范围。该生产规格将根据制造光学器件的某些光学加工公司的技能水平和能力而变化。虽然直径公差对光学器件本身的光学性能没有任何影响，但如果将光学器件安装在任何类型的夹具上，则必须考虑这一非常重要的机械公差。例如，如果透镜的直径偏离其标称值，则存在安装组件中的机械轴偏离光轴的风险，导致光的偏心。通常，直径的生产公差为: 一般质量为 + 0.00/-0.10mm，精密质量为 + 0.00/-0.050mm，高质量为 + 0.000/-0.010mm。

2.中心厚度公差光学元件 (最典型的是透镜) 的中心厚度测量光学元件的中心部分中的材料的厚度。中心厚度由镜片的机械轴测量，该机械轴被定义为镜片的外边缘之间的轴。透镜的中心厚度的变化影响光学性能，因为中心厚度及其曲率半径确定通过透镜的光的光路的长度。通常，中心厚度的生产公差为: 平均质量为 +/-0.20mm，精密质量为 +/-0.050mm，高质量为 +/-0.010mm。

2.曲率半径

曲率半径是光学元件的顶点与曲率中心之间的距离。半径可以是正的、零或负的，这取决于表面是凸的、平的还是凹的。如果已知曲率半径的值，光线通过透镜或反射镜的光路长度可以确定，并且在确定表面功率方面也起着重要作用。曲率半径的生产公差通常为 +/-0.5，但对于精确应用可以低至 +/-0.1%，或者在需要非常高质量的情况下可以低至 +/-0.01%。h3> 中心透镜的中心，也称为向心或偏心，是基于光束偏差 δ (等式1) 指定的。一旦给定光束偏差，就可以通过简单的关系 (等式2) 来计算楔角W。

透镜的离心量是机械轴物理地偏离光轴的距离。透镜的机械轴简单地是透镜的几何轴，由其外部圆柱形表面限定。透镜的光轴由光学表面限定，光学表面是连接每个表面的曲率中心的线。要进行向心测试，请将镜头放在茶几中并对其施加压力。施加到镜片上的压力将自动会聚在茶盘中心的第一表面的曲率中心上，并且该中心也将与旋转轴对齐。沿着该旋转轴进入的平行光将穿过透镜并到达后焦平面处的焦点。当镜头随着茶盘的旋转而旋转时，镜头中的任何偏心都会分散聚焦光束和cr在后焦平面中形成半径为 Δ 的圆形轨迹。

光学元件表面规格

1.表面质量

光学表面的质量用于衡量光学产品的表面特性，并涵盖许多缺陷，例如划痕和凹坑。这些表面缺陷中的大多数纯粹是装饰性的，并且不会极大地影响系统性能，尽管它们可能导致系统吞吐量的小幅下降和散射光的更精细散射。然而，一些表面将对这些效应更敏感，例如 (1) 具有图像平面的表面，因为这些缺陷可以产生聚焦，以及 (2) 具有高功率水平的表面，因为这些缺陷会增加能量吸收并破坏光学产品。最常用的表面质量规范是MIL-PRF-13830B所示的划痕和点蚀规范。

划痕名称通过将表面上的划痕与在受控照明条件下提供的一系列标准划痕进行比较来确定。因此，划痕名称不是描述其实际划痕，而是将它们与基于MIL规格的标准划痕进行比较。然而，凹坑名称与表面上的点或小凹坑直接相关。通过将凹坑的直径 (以微米计) 除以10来计算凹坑名称。通常，介于80和50之间的划痕坑规格将被认为是标准质量，介于60和40之间的是精确质量，介于20和10之间的是高精度质量。

2.表面平整度

p> 表面平整度是测量表面精度的一种规格，用于测量镜子，窗件，棱镜或平面镜等平面的偏差。您可以使用光学平面晶体来测量此偏差，该晶体是一种高质量，高精度的参考平面，用于比较样品的平滑度。当被测光学产品的平面对着光学平面晶体放置时，会出现条纹，其形状表示被测光学产品表面的平滑度。如果条纹是等间隔的并且是平行的直线，则被测试的光学表面至少与参考光学扁平晶体一样平坦。

如果条纹是弯曲的，则两条虚线 (一条虚线与条纹的中点相切，另一条虚线穿过同一条纹的端点) 之间的条纹数指向平滑度错误。平滑度的偏差通常根据波纹值 (λ) 来测量，该波纹值由测试源的多个波长组成。一个条纹对应于波长的1/2。1 λ 的平滑度表示一般的质量水平; Λ/4的平滑度表示精确的质量水平; Λ/20的平滑度表示高精度的质量水平。

3.光圈数

孔径数是测量表面精度的一种规格，适用于弯曲的光学表面或具有功率的表面。孔径数测试类似于平坦度测试，因为将表面与具有大学曲率半径的参考表面进行比较。使用由两个表面之间的间隙产生的干涉的相同原理，使用条纹干涉图案来指示测试表面与参考表面的偏差。与参考的偏差将产生一系列称为牛顿环的环。存在的环越多，偏差越大。暗环或亮环的数量，而不是暗环和亮环的总数，等于波长误差的两倍。

4.不规则

不规则性是一种规格，用于测量表面的精度并描述表面形状与参考表面形状的偏差。不规则性的测量方式与孔径数相同。不规则性是通过将测试表面与参考表面进行比较而形成的球形圆形条纹。当表面具有大于5个条纹的孔径数时，将难以检测小于1个条纹的小的不规则形状。因此，通常的做法是指定孔的数量与表面的不规则性的比率，使得其大约为5:1。表面光洁度，也称为表面粗糙度，用于测量表面的一些小的不规则性。它们通常是不良抛光工艺的结果。粗糙表面往往比光滑表面更耐磨，可能不适合某些应用，特别是在使用激光或过热环境中的应用中，由于成核位点可能出现小的断裂或缺陷。表面精加工的生产公差为50 Å RMS表示平均质量，在20 Å RMS ind时表示精确的质量，在5 Å RMS处表示高质量。

光学元件材料规格

1.折射率

介质的折射率是真空中的光速与介质中的光速之比。玻璃的折射率通常在1.4至4.0的范围内，并且视觉玻璃的折射率范围略小于针对红外光优化的玻璃的折射率范围。例如，N-BK7 (通用可见光玻璃) 的折射率为1.517，而锗 (通用红外玻璃) 的折射率为折射率为4.003。光学玻璃的折射率是一个重要的特性，因为光学表面的光焦度是从表面的曲率和表面两侧的介质的折射率。玻璃制造商将不均匀性指定为玻璃折射率的变化。不均匀性是根据不同的等级指定的，其中等级和不均匀性彼此成反比，不均匀性随着等级的增加而降低。

2.分散系数

玻璃的另一个材料特性是色散系数，用于量化玻璃呈现的色散量。它是材料在波长f (486.1nm) 、d (587.6nm) 和c (656.3nm) 处的折射率 (公式3)。(4) vd = nd-1nf-ncvd = nd-1nf-nc的色散系数取值范围通常在25 ~ 65之间。当玻璃的色散系数大于55 (色散较小) 时，该玻璃被认为是电晕玻璃，而色散系数小于50 (色散较大) 的玻璃被认为是电晕玻璃。被认为是火石玻璃。由于色散，玻璃的折射率将根据波长而变化。色散最显著的结果是，对于不同波长的光，系统的焦距会略有不同。h3> 激光损伤阈值是在激光损伤之前每个区域的表面可以容忍的激光功率的最大量。

脉冲激光器和连续波 (CW) 激光器都具有相应的激光损伤阈值。激光损伤阈值是镜子的一个非常重要的材料规格，因为它们与激光产品结合使用，而不是任何其他光学器件，任何激光级光学器件都将提供阈值。例如，考虑具有0.5 J/cm2 @ 150飞秒脉冲和100kW/cm2 CW的损伤等级阈值的Ti: 蓝宝石激光反射器。这表明反射器可以承受能量密度为每平方厘米0.5J的高重复飞秒脉冲激光，或能量密度为每平方厘米100kW的高功率连续激光器。如果激光束集中在较小的区域上，则必须考虑措施以确保总阈值不超过规定值。

尽管还有一系列其他生产，表面和材料规格，但如果了解最常用的光学规格，则可以显着避免混淆。透镜、反射镜、窗口、过滤器、偏振器、棱镜、分光镜、光栅和光纤具有多种属性，因此，了解它们之间的关系以及它们将如何影响整体系统性能，将有助于您选择最佳组件以集成到光学、成像或光电应用中。