基于楔板剪切干涉的高斯光束远场发散角测量

为准确、方便地测量高斯光束远场发散角,提出了一种基于楔板剪切干涉的方法:将传统的双向剪切干涉仪进行改装,使能同时测出激光传输路径上两个不同位置处的波前曲率半径,并由曲率半径求出发散角.该方法解决了传统剪切干涉法只能定性判断光束准直状态而不能定量测量发散角的问题,实现了剪切干涉对基模高斯光束发散角的定量测量.实验测量误差和理论分析结果相符.误差分析表明影响发散角测量精度的主要因素为干涉条纹宽度测量误差.     

基于M-Z干涉的相干高斯光束远场干涉图样研究

为了使远场相干光斑分布及干涉图样的条纹间距和条纹对比度满足激光主动相干探测的要求,对基于马赫-曾德尔干涉原理的相干光发射装置发出的相干高斯光束在远场的扫描相干光场分布特性进行了分析,推导了高斯光束远场扫描相干光场的解析光强分布公式,得到了高斯光束远场扫描干涉图样。利用物理光学相关原理推导了远场的相干光光程差、干涉图样的条纹间距以及条纹对比度的表达式。数值仿真分析了马赫-曾德尔干涉光发射装置的分束镜旋转角度、探测距离和扫描角速度对远场相干光强分布特性的影响,得到了这几个物理量之间的定量关系。结果表明,远场扫描相干光强分布主要受到分束镜旋转角度、探测距离和发射装置扫描角速度等参量影响;干涉光发射装置的分束镜旋转角度同时影响远场接收屏上干涉图样的条纹间距及条纹对比度。该研究结果对实际探测中如何选取分束镜的旋转角、使其在满足条纹间距目标尺寸要求的前提下,适当调节旋转角度,获得尽可能大的条纹对比度是有帮助的。     

基于涡旋光与球面波干涉的微位移测量研究

基于涡旋光与球面波的干涉原理,提出一种物体微位移的光学测量方法。改进马赫泽德干涉光路,其中一束光照射至空间光调制器产生涡旋光束作为参考光,另一束光经透镜变为球面波后照射至物体上,两束光干涉后干涉条纹呈螺旋状分布。当物体发生微小位移时两束光的光程差改变,螺旋干涉条纹发生旋转,通过干涉条纹的旋转角度可以确定物体的微位移量。经理论分析、仿真和实验证明:基于涡旋光与球面波干涉螺旋条纹旋转角度的变化能够实时监测物体位移量的变化,同时可以有效计算物体的微位移。实验中,测量物体的产生位移量为27 nm,通过涡旋光与球面波干涉螺旋条纹旋转角度的变化实际测得物体的位移为25.75 nm,误差为1.25 nm。     

可用于小口径光束波前检测的横向剪切干涉仪

提出了一种可用于小口径光束波面检测的横向剪切干涉仪。该干涉仪由偏振分光棱镜、光轴与其表面平行的晶体平板、1/4波片、反射镜及CCD构成。被测光束由偏振分光棱镜进行透射起偏和反射检偏,利用反射镜的反射两次经过晶体平板、1/4波片来实现剪切光束的等光程干涉。通过晶体平板剪切复制波面以获得小的剪切量,可用于小口径光束波面的检测。晶体平板的旋转可以改变剪切量,实现了不同口径不同波前的光束波面检测。对该干涉仪进行了仿真分析,得到了不同入射角情况下的剪切干涉图,仿真结果与理论分析结果相一致。实验中,旋转晶体平板得到的剪切干涉图与仿真结果相一致,很好地验证了该剪切干涉仪的有效性。     

高灵敏度的多波长多光束干涉仪

作者用多纵模He-Ne激光照明多光束Fabry-Perot或Fizeau干涉仪,在一个自由光谱范围内,形成与不同波长对应的子条纹,相邻条纹间的间隔代表的波长数依赖于He-Ne激光腔的光学长度npL与F-P腔长nd之比r=nd/npL.当r是整数时,不同波长对应的相邻干涉级次相互重叠,条纹间隔为λ/2且强度最大;当r是分数时,r=N/M,N,M为互质的整数,相邻条纹之间间隔为λ/2M.不难做到M=10,条纹间隔为K/20.由于多光束干涉条纹细而锐,有利于读数精度提高,可以测量λ/500的程差变化,不需内插就可以给出空间分布的足够信息.这对光学元件的高精度面形检验及低密度流场显示有实际的应用前景.给出了应用的若干例子.     

用于测量太赫兹的菲索波长计

给出了菲索干涉仪的工作原理,研究了用于测量脉冲太赫兹源的菲索波长计的特性.理论上计算了菲索干涉仪的楔角和干涉条纹间距与被测太赫兹波长的关系,给出了关系曲线.优化了用于太赫兹探测时菲索干涉仪的楔角值.     

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。     

杨氏双缝干涉实验测量涡旋光束的轨道角动量

研究了平面波经过螺线型相位板后产生的涡旋光束,经双缝干涉后在干涉场中干涉条纹的分布情况。详细介绍了涡旋光束的拓扑荷数对干涉条纹分布的影响。发现同平面波的竖直干涉条纹相比较,涡旋光束的干涉条纹,从顶部向底部看去,沿着横向出现移动,并且移动的大小和方向与拓扑荷数的取值有关。通过观测干涉条纹,可以得到涡旋光束的拓扑荷数。涡旋光束由于携带轨道角动量可应用于新型的光信息编码与传输,研究结果可望在这种新型的光信息编码与传输中得到应用。     

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。     

高斯光束斜入射非平行薄膜滤光片的反射光强分布

基于多光束干涉原理,推导了非平行角度调谐薄膜滤光片在斜入射时的高斯光束反射光强表达式。在此基础上研究了高斯光束的入射角以及非平行滤光片两端面间所存在楔角对反射光强分布的影响。计算和实验结果都表明,滤光片的反射光强分布不仅与入射角有关,而且非平行滤光片两端面间楔角的大小和正负特性还会在一定程度上影响斜入射时滤光片的光场分布、反射率和隔离度。要保证滤光片在斜入射时反射率和隔离度的稳定,既可以在切片时提高滤光片的平行度,也可以通过在斜入射时保证楔角为负来实现。     

全息干涉法研究裂纹尖端应力状态的分布

用二次曝光全息干涉法,对有机玻璃材料试件,用小载荷静力加载方式,对单向拉伸单边裂纹有限宽板进行了试验研究,获得了裂纹尖端近区全场应力分布全息图。 单边裂纹有限宽板承受单向拉伸载荷时,近裂纹端的弹性应力场的理论解和光测弹性力学主应力和与等厚干涉条纹级数之间的关系式,当θ=0时,可以推导出关系式n/n_∞=F(2a/r)~(1/2)。因为a、r已知,n、n_∞可由试验测定,从而可以确定F。再由公式K_1=Fσ(πa)~(1/2)即可得到Ⅰ型应力强度因子K_1。     

光纤F-P传感器偏振互相关解调中光楔参数的影响研究

对光纤法布里-珀罗(F-P)腔长偏振互相关解调法中的双折射光楔进行了理论和实验研究,建立了双折射光楔对干涉光程差影响的数学模型,并进行了数值仿真。仿真结果表明,当楔角为4°时,要保证楔面内任意点处的光程误差在15nm以内,入射角应小于0.3°,光楔光轴倾斜应小于0.8°,楔面垂直度误差应小于0.15°。采用光楔进行了偏振光干涉实验,实验干涉条纹与理论条纹基本一致,实验干涉条纹的倾斜度与理论倾斜度相差0.02°。     

径向剪切干涉图的数学拟合及CCD—计算机处理

剪切干涉法是近二十年才发展起来的一种光学测试技术,因它不需要参考波面,而特别适用于光束质量检测等系统。但是剪切干涉图不能直接反映待测光束的波差,这就使剪切干涉图的处理极为复杂而限制了其广泛应用。目前横向剪切干涉图的处理研究取得     

叠加态涡旋光束经旋转随机粗糙表面的频移特性

论文基于涡旋光束传输特性及光散射理论,研究了叠加态涡旋光束经旋转随机粗糙表面的场分布及干涉特性.对拓扑荷值大小相同、符号相反的两束涡旋光进行了叠加生成仿真及实验,利用角谱衍射理论,分析了旋转随机粗糙表面均方根粗糙度对光束传输的影响,数值计算了不同拓扑荷值的叠加态涡旋光束经旋转随机粗糙表面后,与参考光进行干涉得到不同转速下归一化强度值随时间变化的曲线,并通过光强-时间函数间接求得频移量,再反演得到旋转目标的转速.结果表明:通过仿真曲线的周期反演频率,当转速Ω分别为2π/3 rad/s,2πrad/s,10π/3 rad/s时,对应的频移Δf分别为2/3Hz,2Hz,10/3Hz.研究结果可以为叠加涡旋光的调控及应用提供理论参考.     

非傍轴余弦-高斯光束的传输

从功率密度的二阶矩方法出发,对非傍轴余弦一高斯(CoG)光束的传输特性进行了系统的研究.结果表明,基于二阶矩定义的束宽在传输过程中满足简单的双曲线变化规律.非傍轴CoG光束的M2因子不仅与偏心参数α有关,而且还与f参数有关.在1/f足够小时,M2因子可小于1.当1/f→0时,远场发散角趋于渐近值63.435°.对于α=0(Ω0=0)的特例,非傍轴CoG光束的M2因子退化为非傍轴高斯光束的M2因子.     

基于二维连续小波变换的干涉条纹图相位的提取

在光学测量领域中,干涉法具有极其重要的意义。针对干涉条纹图相位的提取,提出了一种基于二维连续小波变换的干涉条纹图相位提取的新方法。在文中提出的算法中,为了降低计算时间,在计算过程中引入快速傅里叶变换,并提出将传统二维连续小波变换中的连续的尺度因子和旋转角用离散的尺度因子和旋转角代替,这样就解决了二维连续小波变换算法计算耗时的问题。通过仿真和实验发现,该方法可以快速准确的提取出干涉条纹图的相位,对于有缺陷的干涉条纹图,可以实现缺陷的修复并获得其相位图,并收到了比较不错的效果。     

使用双波带板径向剪切干涉仪检测非球面透镜

为了实现对光学非球面的低成本在线测量,在比较和分析现有非球面检测技术的基础上,设计并制作了一种小型径向剪切干涉仪用于检测非球面透镜。基于波带板可以聚焦成像的原理,该干涉仪采用不同焦距的双波带板产生径向剪切干涉。波带板由工业缩微矢量图制版技术设计和制作而成,并通过实验验证了该波带板的聚焦精度。采用傅里叶变换条纹相位分析法对干涉条纹进行处理,计算出波相差和波面面形。实验中给出了平面波光束经过一个非球面透镜后的波面面形检测结果和误差分析,使用该技术对标准非球面进行测试,波差峰谷值(P-V)达到了λ/5的精度,均方差(RMS)达到λ/10的精度。结果表明,该干涉仪具有体积小、抗干扰能力强等特点,适用于对小型非球面透镜进行在线检测。     

具有线性各向异性的饱和非线性材料中的旋转呼吸子

正空间光束在均匀三维体材料中的传输由以下非线性薛定谔方程来描述;(?)最近研究结果表明,当椭圆光束在单轴晶体里线性传输时(即n=0),如果椭圆光束的主轴不在单轴晶体的主平面上,椭圆光柬在传输时就会在横截面上旋转。该旋转效应源自于材料的线性各向异性(即α_x≠α_y)、椭圆光束在旋转的时候,旋转角速度先增加,接着减小,最后慢慢趋近于零,旋转角度也会慢慢趋近于某一极限值、空间光束在非线性材料中传输时,当自聚焦效应与衍射效应彼此平衡时,光束就会以光孤子形态保持其波形不变地向前传输、那么如果介质材料是线性各向异性的,是否会在这种具有线性各向异性的非线性材料中存在旋转的椭圆光孤子呢?以饱和非线性材料为例进行了研究,发现在具有线性各向异性和饱和非线性的材料中不存在旋转的椭圆光孤子而存在旋转的椭圆呼吸子。此类呼吸子在传输时会产生周期性的旋转,而不像线性传输时椭圆光束会有一极限旋转角。此外,椭圆呼吸子的旋转角速度不是一个常数而是传输距离的周期函数。在具有较大衍射系数的方向旋转角加速度最大,在具有较小衍射系数的方向旋转角加速度最小。假如α_xα_y,则x方向的旋转角加速度最大,y方向的旋转角加速度最小。     

用光纤探针测试条纹可见度

利用双频光栅剪切干涉仪,可以通过测量条纹可见度随剪切量变化的特性来测定光场的室间相干性和时间相干性。以往采用照相法用价格昂贵的扫描密度计画出应在剪切量下干涉条纹的黑度分布曲线,量出各处条纹的黑度极值 Dmax 和 Dmin。由公式:r=Imax-Imin/Imax Imin(1)给出相应的条纹可见度,其中 Imax 和 Imin分别为相邻的光强极大值和极小值,在这种情况下用相应的 Dmax 和 Dmin 近似来代替它们,     

基于数字散斑剪切干涉术的三维面型测试

基于数字散斑剪切干涉术的原理,研究了物体面型的三维测试技术。使用倾斜反射镜的方法,使物光束散斑场偏转,再由CCD记录偏转前和后物光束的散斑场。这种方法代替了传统的使用剪切元件空间上直接获得干涉条纹图,减少了由于剪切元件分束引起的物光束的光能损失,实现了数字散斑剪切干涉术测量物体面型。应用MATLAB软件编程,控制剪切散斑干涉图的精确定向平移,得到了4个干涉图,实现了数字四步相移,代替了传统的在参考光中利用位相控制器的机械相移,从而实现了物体面型的三维测试。该方法不仅省去传统剪切散斑干涉术中需要对感光胶片进行化学湿处理的过程,也省去了压电位移器等硬件。大量的实验表明,该方法不仅简化了测试光学系统和实验的过程,也提高了测试精度,其精度可达到1/10波长。