平行光管，作为光学检测领域的“标尺”，在光学、科研、军事、工业等多个领域发挥着至关重要的作用。它不仅是校准和调整光学仪器的关键工具，也是光学测量设备不可或缺的组成部分。通过配备不同的分划板，并结合测微目镜或显微镜系统，平行光管能够用于测量透镜组的焦距、分辨率以及其他成像质量参数。
平行光管作为光学检测领域中非常重要的仪器，广泛应用于各类光学实验与设备检测和校准。平行光管从结构来讲，包含光学部件、结构形式、光源配件、分划板等。不同类型的平行光管在结构与性能上各有特点，同时其生产周期与价格也会有不小差异。
鉴于不同光学系统的多样性，选择合适的平行光管类型成为了一个值得探讨的问题。以下对焦距：F3000mm，有效口径：φ300mm的四种反射式平行光管作为案例，进行对比。
反射式平行光管其主要功能如下：
1、用于可见光、红外及激光等多波段系统的光轴调校；
2、配以不同的分划板并结合其他附件，可用于光学系统基本参数的检测；
3、配以面源黑体可实现红外波段成像质量检测及光轴调校；
4、配以激光光源可以组成激光平行光管，实现激光扩束功能；
5、可以提供一束超低发散角的平行光；
6、模拟无穷远目标；
光学系统解析
同轴牛顿反射式 平行光管
- 同轴结构：主镜（抛物面）与次镜（平面）共轴，中心有遮挡。简化光路设计，减少离轴像差（如彗差、像散），提升光束准直性。
- 无色差：反射式设计避免了折射材料引入的色差，特别适用于宽光谱范围的应用。
- 高精度准直：抛物面主镜将点光源转换为平行光，次镜倾斜 45°反射至侧方，便于光路调整与检测。
| 光学系统 | 同轴牛顿反射式 |
|---|---|
| 焦距 | 3000mm |
| 有效口径 | Φ300mm |
| 视场 | ≥0.5° |
| 平行性 | ≤5″ |
| 系统波像差 | RMS优于 1/15λ@632.8 |
| 反射率 | ≥85% |
| 主镜材质 | 石英玻璃【可选配K9光学玻璃/微晶玻璃】 |
| 膜层 | 铝+硅保护【可选配金/银/介质+硅保护】 |
| 外形尺寸 | 约长2862mm*宽520mm*高545mm |
| 重量 | 320kg |
离轴牛顿反射式 平行光管
- 离轴结构：次镜（平面）位于主镜（抛物面）光路之外，中心无遮挡，避免了对入射光的遮挡，从而提高光能利用率和成像对比度。
- 高能量效率：光能利用率接近100%（同轴系统因遮挡损失约 10%-30%）。
- 成像质量提升：无遮挡干扰，视场均匀性更好，适合高分辨率成像或精密检测。
- 宽光谱兼容性：反射式设计无色差，可通过镀膜优化紫外至红外波段性能。
| 光学系统 | 离轴牛顿反射式 |
|---|---|
| 焦距 | 3000mm |
| 有效口径 | Φ300mm |
| 视场 | ≥0.53° |
| 平行性 | ≤5″ |
| 系统波像差 | RMS优于 1/15λ@632.8 |
| 反射率 | ≥85% |
| 主镜材质 | 石英玻璃【可选配K9光学玻璃/微晶玻璃】 |
| 膜层 | 铝+硅保护【可选配金/银/介质+硅保护】 |
| 外形尺寸 | 约长3310mm*宽917mm*高680mm |
| 重量 | 350kg |
同轴卡塞格林式 平行光管
- 同轴结构：抛物面主镜、双曲面次镜共轴，光路折叠设计大幅缩短系统物理长度。
- 长焦距实现：通过折叠光路等效实现长焦距准直，适合远距离光学测试（如激光雷达校准）。
- 高分辨率：双曲面次镜校正像差能力优于单反射镜系统，适用于高精度波前检测。
- 热稳定性：无折射元件，受温度变化影响小，适合高功率激光应用。
| 光学系统 | 同轴卡塞格林式 |
|---|---|
| 焦距 | 3000mm |
| 有效口径 | Φ300mm |
| 视场 | ≥0.5° |
| 平行性 | ≤5″ |
| 系统波像差 | RMS优于 1/15λ@632.8 |
| 反射率 | ≥85% |
| 主镜材质 | 石英玻璃【可选配K9光学玻璃/微晶玻璃】 |
| 膜层 | 铝+硅保护【可选配金/银/介质+硅保护】 |
| 外形尺寸 | 约长627mm*宽388mm*高457mm |
| 重量 | 100kg |
离轴卡塞格林式 平行光管
- 离轴结构：抛物面主镜、双曲面次镜。次镜位于主镜光路之外，避免光能损失和衍射效应， 提升成像对比度与光斑均匀性，光路折叠设计大幅缩短系统物理长度。
- 宽光谱无色差：全反射式设计，无折射元件，支持紫外至红外波段。
- 高波前精度：通过自由曲面优化，适用于激光干涉、高分辨率成像等精密场景。
| 光学系统 | 离轴卡塞格林式 |
|---|---|
| 焦距 | 3000mm |
| 有效口径 | Φ300mm |
| 视场 | ≥0.5° |
| 平行性 | ≤5″ |
| 系统波像差 | RMS优于 1/15λ@632.8 |
| 反射率 | ≥85% |
| 主镜材质 | 石英玻璃【可选配K9光学玻璃/微晶玻璃】 |
| 膜层 | 铝+硅保护【可选配金/银/介质+硅保护】 |
| 外形尺寸 | 约长718mm*宽680mm*高542mm |
| 重量 | 80kg |
综合对比
| 特性 | 离轴牛顿反射式 | 同轴牛顿反射式 | 离轴卡塞格林式 | 同轴卡塞格林式 |
|---|---|---|---|---|
| 中心遮挡 | 无 | 有（次镜遮挡） | 无 | 有（次镜+支撑结构） |
| 光能利用率 | 高（~100%） | 较低（受遮挡影响） | 近100% | 80%~90%（受遮挡影响） |
| 像差校正 | 高（需处理离轴像差） | 低（共轴对称性简化设计） | 自由曲面优化，可抑制离轴像差 | 依赖双曲面镜对称矫正 |
| 装调复杂度 | / | / | 很高（非对称光路） | 高（需同轴校准） |
| 加工成本 | 高（非对称镜面） | 较低（对称抛物面主镜） | 很高（自由曲面+离轴） | 高（非球面双镜） |
| 应用场景 | 高分辨率成像、精密检测 | 常规准直、教学演示、低成本应用 | 高功率激光、精密检测、空间、光学 | 常规长焦距检测、实验室校准 |
根据光学系统的不同设计需求，每一类在系统特性、技术规格、光路设计以及外形尺寸上都展现出独特的特点，需要根据具体的应用场景进行选择。