一种判定直角反射镜角度垂直的简易方法

　　直角反射镜广泛地应用于科学实验和精密测量中.在飞秒脉冲放大和压缩系统中,为了节省一块光栅,简化准直方法,并使系统更小型化,需要一个直角反射镜.这个直角反射镜的误差会导致附加的高阶时域和空间色散,使得脉冲不能压缩到应有的宽度,或聚焦特性变差.在脉冲宽度的测量,以及自相关器和 SPIDER脉冲相位测量装置中,也需要用到直角反射镜[1, 2].这些直角反射镜的精度直接影响脉宽的测量精度.为了保证脉冲的高质量和高测量精度,就需要对这些直角反射镜做必要的测量和校准.一般的测量和校正方法是用一束激光和一个刻度屏来测量直角反射镜反射回来的光线的高度和横向位移,但是这种方法的精度很差.根据上述情况,利用望远镜成像的特点[3, 4],我们提出了一种十分简便的直角镜的调节和校准方法,该方法具有使用方便且精度较高的优点,它也适合于其他场合中需对直角反射镜进行精确控制的情况, 例如在被广泛应用于远红外和中红外天文光谱分析中的马丁2泡耳皮特(Martin2Pulpett)干涉仪中,直角反射镜就是其主要器件.

　　1　直角反射镜角度调节方法

　　本文主要介绍一种利用望远镜几何成像来测量直角反射镜角度的测量方法,见图1.

　　图1中,我们取望远镜目镜的焦距f1=10mm,物镜的焦距f2=100 mm,在望远镜内目镜和物镜的共同焦点处放一个十字叉丝.叉丝是在一个很簿的圆玻璃片上刻划而成.在叉丝的上方开一小孔,在小孔处放一个由6 V直流电供电的小灯泡,用来照亮十字叉丝.目镜和物镜及十字叉丝的中心在一条直线上.直角反射镜设计成一反射镜面固定而另一反射镜面可调.直角反射镜与望远镜物镜的距离是可调的.首先打开小灯泡电路的开关使小灯泡发光,转动十字叉丝使其处于如图2a所示的位置,调节直角反射镜与望远镜物镜的距离,能看清叉丝的像.当直角反射镜的角度偏离90°时,在目镜处用眼睛观察到十字叉丝的像如图2b所示.

　　在图2b中,中心处的像为十字叉丝经望远镜目镜所成的像,中心两边的像为十字叉丝经直角反射镜反射后经望远镜系统所成的像,光路图见图3.调节直角反射镜中的可调反射镜,使图2b中心两边的像向中心靠近,直到与中心处的像完全重合,此时可以判定直角反射镜的角度为90°.

　　2　误差分析

　　设直角反射镜的角度α的直角偏离为δ,即α=90°+δ.如图3所示,从望远镜的物镜射出的两束平行光线从上下分别射向直角反射镜,其入射光线与从直角反射镜反射出的光线的夹角分别为β1和β2,则有β1=β2=2α-180°=2δ.设反射光线通过望远镜系统后其出射角分别为β3和β4,根据望远镜几何成像的特点,β3=β4=kβ1=2kδ,式中,k为望远镜的角放大率, k=f2/f1.通常取人眼的分辨能力为1′,则有:β3+β4≥1′,既有4kδ≥1′,所以我们能分辨的直角反射镜的最小误差为δmin=1′ /(4k).在实验中,k=f2/f1=10,故直角反射镜的角度为90°±0.025′.由δmin=1′/(4k)知,望远镜的角放大率k越大,直角反射镜角度的误差就越小.当k≥15时,δmin≤1″(这在实验上是很容易做到的).如果望远镜的长度较长,或望远镜至直角反射镜的长度太长,到达目镜的光太弱,会看不清反射光所成的像.因此实验中我们取望远镜至直角反射镜的长度为4~7 cm.