会聚光横向剪切移相干涉

为了检测长光程情况或多组分光学镜头逐片装校中的波面,提出一种以会聚光波直接作为干涉测试光源的会聚光移相剪切干涉方法,阐述了基于迈克耳孙干涉仪原理的会聚光横向剪切干涉光路,建立了会聚光横向剪切波面的数学表达式,并与一般横向剪切干涉相比较,分析了剪切量和波面偏移量的特征,且引入移相干涉技术求取剪切波面.结果表明,会聚光横向剪切移相干涉测试,能够实时测试会聚光的波面质量,峰谷值(PV)的重复性为0.022λ,均方根(RMS)值的重复性为0.014λ,并与Zygo干涉仪的测量结果进行了对比,验证会聚光剪切移相干涉的可行性.     

激光横向剪切干涉应用于温度场的测量

根据大空间自然对流水平圆管上部上升的羽状烟柱区不符合边界层假设而导致各种解之间差异的问题,提出了利用横向大剪切量干涉实验装置来实现温度场的光学测量,得到了自然对流水平圆管在不同壁温时的实时条纹。利用彩色条纹图像中RGB原始数据中的R分量的峰、谷极值点的坐标来识别明、暗条纹并得到了全场的级数分布,以此反演出全场温度分布。实验结果表明:当圆管直径d为15.6mm、剪切量s为24.2mm时,实验得到的干涉条纹类似于利用全息干涉或马赫-曾得干涉原理得到的无限宽简单条纹;干涉条纹分辨率达到75.64pix/mm;利用横向大剪切量干涉法能够准确快速地反演全场温度分布,为工程热物理分析提供相关数据。     

平行平板横向剪切干涉仪波前重建精度的研究

在基于平行平板双光路横向剪切干涉仪中,如果 两个方向的平行平板之间存在角度误差,将会使得 两个方向的剪切干涉图的剪切方向不正交,最终影响波前测量的准确度。本文通过仿真实验 研究了两个方 向平行平板之间不同大小的角度误差对波前重建精度的影响,分析了不同条件下Zernike多 项式系数拟合 精度、重建波前均方根(RMS)及均方根误差(RMSE)与角度误差之间的关系以 及角度误差一定时,重建波前 RMS及RMSE与剪切量之间的关系。研究结果表明,为了提高波前重建精度,要尽量降低两 个平行平板之 间的角度误差,使用更多项Zernike多项式来拟合波前,并且保证剪切量与波 面尺寸比值大于10%。本文的 结论对于平行平板横向剪切干涉仪的装调将会起到一定的指导作用。     

基于双频横向剪切干涉系统的三维形貌测量

近年来,结构光投影三维成像技术被广泛地应用至各个领域。该技术通常采用投影仪投影条纹,导致投影条纹的空间周期和精度有限,且在测量微小视场时会存在条纹强度不均匀、条纹焦面景深不够等问题。为解决该类问题,基于剪切干涉条纹的高空间分辨率优势,提出了一种利用横向剪切干涉条纹测量物体三维形貌的系统和方法。该系统利用激光波前以不同角度入射平行平板会产生不同频率干涉条纹这一性质,旋转平行平板改变剪切干涉条纹频率,利用低频条纹指导展开高频条纹相位。同时利用干涉条纹的入射角度与形变量内在联系,通过几何关系获得相位与高度的映射关系,以达到重建物体三维形貌信息的目的。实验验证了该系统及方法的可行性,证明了其对测量微小物体或视场有着明显的应用价值。     

二次离焦法精确测量透镜焦距

本文基于激光平行平板剪切干涉技术,提出了一种测量焦距的新方法——二次离焦法,该方法根据待测透镜两不同离焦状态对应的干涉条纹的宽度,直接确定焦距的大小。具有装置简单、测量方便和精度高等优点。     

径向剪切干涉波面重构的数值模拟分析

径向剪切干涉仪所采集到的干涉图并不直接反映原始待测波面信息,为了获得原始待测波面信息,波面重构是必要的。推导了波面重构的迭代算法,并用Matlab分别对径向剪切中不同迭代次数、不同剪切比的波面重构迭代算法进行了数值模拟,得出以下结论:合适的剪切比可以简化迭代运算,提高运算速度;与小畸变波面重构相比,残差波面PV值达到相同精度时,大畸变波面重构需要更多的迭代次数。待测波面的PV值大于10时,剪切比应在0.7以上,PV值大于6小于10,剪切比在0.5~0.7之间,PV值小于6,剪切比小于0.5。     

激光剪切干涉三维形貌测量

针对物体表面的三维形貌测量问题,提出了一种基于激光剪切干涉条纹的三维形貌测量方法。该方法利用激光剪切干涉原理产生密集的干涉条纹,将干涉条纹阵列照射到待测表面。利用四步相移法和解包裹算法求解被测物体表面的连续相位,进而获取曲面表面高度信息,最后建立被测物体三维形貌。本文对楔形薄片和木块进行了测试,初步实验结果证明了该方法原理的可行性。该方法可以与显微镜相配合,进一步发展可用来测量微结构3D形貌,在微测量领域具有很大的应用前景。     

基于激光自混合干涉的高精度角度测量方法

针对光学高精度角度测量技术的需求,基于激光自混合干涉技术提出一种高精度角度测量方法。建立了激光自混合干涉技术高精度测量角度的系统模型,利用干涉条纹计数法分析出目标物体具有角度变化时,外腔长度产生的变化量,并通过激光三角法测量原理计算出目标物体旋转的角度,从而构建出精确的角度测量系统。实验结果表明:该测量系统在±0.4°角度范围内测量精度可达(±3.1×10-3)°,具有精度高、速度快等显著优势,是对现有高精度角度测量技术的一种有益补充。     

恢复横向剪切干涉原始波面的新方法

介绍了一种由横向剪切干涉信号（相位差、光程差或高度差）恢复原始波面（相使差、光程差或高度差）的新方法。在理想情况下，利用离散傅里叶变换及其性质，能精确恢复原始波面。使用该方法不仅在理论上可以深入地研究横向剪切干涉的性质，它的灵敏度和误差传递，以寻求最佳剪切量、最佳工作条件，发挥横向剪切干涉特有的长处；而且在某些实际的横向剪切干涉仪数据处理中，也显示了良好的应用前景。     

基于双向剪切干涉的CCD像素间距标定

为精确标定电荷耦合器件(CCD)图像采集系统的像素间距,提出了一种基于双向剪切干涉的标定方法,即通过双向剪切干涉两半场条纹宽度的相对关系来测量图像采集系统的像素间距.由理论推导建立了相应的标定模型,并对模型进行了实验验证和误差分析.实验结果表明,该方法的标定精度能达到0.04μm.     

平行平板角位移干涉测量仪的优化设计

提出一种可提高平行平板角位移干涉测量仪测量精度的优化设计方法。对角位移干涉测量系统进行了误差分析,讨论了影响角位移测量精度的主要因素。分析了在干涉仪光路中入射到平行平板上的初始入射角度、平行平板的折射率以及厚度等参数的选取对角位移测量精度的影响。结果表明,优化选取最佳的初始入射角度以及元件参数,并在于涉光路中附加引入一平面反射镜形成光程差放大系统,可实现的角位移测量精度达10~(-8)rad数量级。     

激光自混合干涉式位移测量数值模拟及实验研究

对激光自混合干涉式位移测量原理进行了数值模拟和实验研究。首先，从三镜法布里珀罗腔理论出发，得到了基于半导体激光自混合干涉原理的位移测量模型，在此基础上对多种波形调制外反射体位移情况下激光自混合干涉信号进行了理论分析，证实信号倾斜方向发生反转的间隔条纹数目对应反射体位移的幅值范围；反射体有半个波长的位移，信号即输出一个完整的条纹；反馈强度的增加将增大输出条纹的倾斜。对信号倾斜现象进一步分析发现，当反射体位移减小时，信号向左倾斜，反之向右。造成信号倾斜的原因是由于高反馈强度下引起的非线性相位调制了输出信号强度。这些结论同样适用于任意波形调制的反射体位移。实验测试结果同理论分析吻合较好。     

基于适度光反馈自混合干涉技术的位移测量系统

基于适度光反馈自混合干涉(OFSMI)技术,设计了一种位移测量方法.该办法通过对自混合干涉信号的整数条纹部分进行计数和对小数条纹部分进行细分,实现大量程高分辨率的位移测量.对小数条纹分析时,运用数据拟合方法,找出干涉波形特征点与被测物位移之间的关系,从而实现对小数干涉条纹部分对应位移的测量.仿真分析和实验结果证明,此方法可对位移进行大量程高精度的测量,误差平均为0.83%.并通过设计算法对物体的任意运动轨迹进行重构.     

基于偏振合束的相移雅满剪切干涉仪

相移雅满横向剪切干涉仪非常适合于达到衍射极限的光束的波面检测。为了改进现有的在两路剪切光束中直接插入起偏器的相移雅满剪切干涉仪,提出了一种基于偏振合束的相移雅满剪切干涉仪。该剪切干涉仪利用雅满平板前后表面的反射进行分束并形成两路干涉光束,两路干涉光束分别通过剪切平板后偏振合束并进行偏振移相。它保持了常规雅满剪切干涉仪的光路结构,提高了剪切干涉图的对比度,不再存在插入起偏器引入测量误差的问题。构建了改进前、后的两种相移雅满双剪切干涉仪,并进行了相应的对比实验,实验结果很好地验证了基于偏振合束的相移雅满剪切干涉仪的实用性。     

固体散射体二维位移传感器的研究

应用激光多普勒效应 ,设计了用两声光调制器获得三束测量光的声光调制、双光束差动、大口径接收的光学结构 ,提出了计算机实时跟踪丢失信号的位移补偿方法 ,实现了对普通纸张表面和前苏联生产的各种加工方法(车、铣、刨、磨 )的粗糙度样板的二维面内位移的远距离测量 ,测量距离为 10m ,测量精度为± 0 5 %。     

基于数字位移传感器的位移测量系统

数字位移传感器位移测量系统中的数字位移传感器具有高精度、高分辨率和稳定性好的特点,并且系统中SPP转RS232接口电路,解决上位机与位置反馈环节之间的传输距离短的问题。云台的一米红外太阳望远镜终端为了得到清晰的太阳光谱,将采用该位移测量系统。介绍系统的结构和位移传感器工作原理,阐述了数据采集部分SPP转RS232接口电路的硬件设计和系统的软件设计,并且进行位移测量实验。实验结果表明,该位移测量结果达到了红外太阳望远镜主镜调焦的精度和实时性要求,系统将于2009年年底投入试用。     

一种利用高分辨距离像提高圆锥扫描测角精度的方法

利用阶跃变频脉压体制提供的高分辨特性,提出了圆锥扫描测角情况下抑制角闪烁、提高目标测角精度、跟踪目标要害部位的方法。这种方法利用一维距离像分离目标的散射中心,对分离后的散射中心进行测角。仿真试验表明,这种方法可以提高圆锥扫描的测角精度、抑制角闪为乐。     

ESPI技术测量静态和准动态面内位移

利用高速CCD摄像技术和电子散斑图干涉(ESPI)法，研究了薄板的静态和准动态面内位移测量技术。采用小光圈成像技术和图像灰度进行线性变换的图像处理技术，实现对散斑图像的低通滤波和高通增强处理，提高了散斑条纹的对比度和清晰度，为条纹图的定量处理提供了方便。     

旋转孔径频闪散斑干涉法用于缺陷检测

介绍了一种利用旋转孔径频闪散斑干涉法检测缺陷的新方法。该方法是一种非接触式的检测方法,不受缺陷形状和位置的影响,能够准确地检测出缺陷的大小和形状。分析了旋转孔径频闪散斑干涉法的基本原理,给出了散斑图全场滤波分析的平均光强解析式和实验结果。结果表明,该方法在一张散斑图上能记录物体动态变形的全过程,并能连续地再现出来,散斑图的信息量丰富;在实时滤波分析观察时,将滤波孔连续进行旋转,可观察到物体动态变形的全过程,散斑图的条纹在变化而缺陷的位置不变。