刀口法检测光学元件面形的数值模拟研究

传统刀口仪检测光学元件面形具有设备简单、非接触性测量等优点,但传统刀口仪只能定性评价面形质量,且人为因素较大。在传统刀口检测原理的基础上,建立了面形缺陷与阴影图相对应关系的数学模型。为了验证该模型的正确性,对口径150mm的凹透镜进行了数值模拟研究。设置模拟的缺陷参数,利用建立的数学模型得到对应的阴影图;用波像差理论对该阴影图进行分析处理,得到该元件的面形缺陷;将分析得到的缺陷参数与预先设置的面形缺陷进行比较,二者吻合很好。     

光学元件面形的环路径向剪切干涉检测方法研究

提出了将环路径向剪切干涉(CRSI,Cyclic Radial Shearing Interferometry)术应用于光学元件面形检测的新方法.设计了基于环路径向剪切干涉检测光学元件面形的光路系统.根据环路径向剪切干涉法的波前重建算法,模拟计算了任意波前的重建情况,同时在基于开普勒望远系统的环路径向剪切干涉仪上实际测量了一个已知光学元件的面形.结果表明,文中提出的波前重建算法和采用的光路系统可用于实际光学元件面形的准确检测,系统的重复性也得到了研究.     

干涉检测数据抗振动影响的方法研究

在光学元件的抛光阶段,通常采用干涉仪检测光学元件的面形数据,对加工工作提供指导意见。移相干涉术易受环境振动的干扰,获得的波前相位的干涉图信息不完整,难以准确给出光学元件表面的干涉数据。为了利用干涉仪检测数据给出被测光学元件面形上的各点准确数据,采用等精度测量消除随机误差的方法,对多次检测数据求取平均值以获取被测光学元件面形的准确数据。针对一块Φ1200mm口径的圆形光学元件的实验表明这种方法可以较为有效地消除检测中振动因素的影响。     

光学非球面面形轮廓检测技术

随着科技的进步,尖端产品和先进光电系统对光学系统的成像质量要求越来越高,光学非球面元件能有效地校正像差、减少系统所需光学元件数量、减轻系统重量,因此被广泛应用。其特殊的面形特征决定了它的加工和检测相对于球面更加困难,而检测精度直接决定了加工精度,非球面检测技术的重要性显而易见。根据测量原理对光学非球面的检测技术进行了概述;根据目前直接面形轮廓法在光学非球面的加工中应用最广的情况,结合最新检测手段,重点介绍了非球面直接面形轮廓法测量技术;并介绍了近年来日益受到人们关注的自由曲面及面形轮廓法在自由曲面检测的应用;最后总结了光学非球面检测技术的现状和发展趋势。     

基于面形检测的光学元件多层膜均匀性测量

为了测量光学元件多层膜膜厚均匀性指标,基于面形检测对多层膜均匀性测量方法进行了研究。分析了均匀性的测量过程以及影响因素,评估了元件面形检测复现性对测量结果的影响,建立了多层膜结构的有限元模型,计算分析膜层内应力对基底面形带来的影响。基于高复现性面形检测装置进行了测量方法的实验验证工作,实验结果表明:元件面形测量口径范围内膜厚分布均匀性优于0.1 nm[均方根(RMS)值];将测试结果转化为沿径向的轮廓分布结果,与基于反射率计的膜厚检测数据进行了对比,表明两种方法测试数据基本吻合,验证了基于面形检测方法评估光学元件多层膜均匀性的可行性。     

平面光学元件光圈数检测系统研究

平面光学元件的光圈数是反映光学元件面形质量的重要参数.通过分析检测原理与方法,设计了一套应用光学技术、CCD成像技术、图像处理技术与计算机软件技术的检测系统.实验表明:该检测系统具有客观性强、易操作、准确度较高等特点.     

手机镜片非球面面形精度PV评价标准分析

光学元件的面形精度是评价其是否符合要求的重要指标,一般使用峰谷PV值作为评价标准,即元件表面最高点与最低点的差值。PV值在用UA3P检测仪进行测量时具有较大的波动性,易受环境影响。为更有效地对手机镜片非球面面形精度做出评价,通过实验检讨了三种评价标准PV、PV、PVq对真实表面的反映情况,结果显示PV、PVq对环境因素相对不敏感,可以在一定程度上排除脏污点等奇异点对测量结果的不良影响;同时证明PV、PVq对检测精度的变化相对不敏感,以及在批次生产中具有较好的评价稳定性。     

斜入射法检测平面反射镜的面形误差

为实现用小口径面形干涉仪完成对大口径光学镜面面形的检测,发展了斜入射检测方法,增大投射到待测镜上光斑的尺寸,从而增大干涉仪检测的镜面口径范围。推导了斜入射法检测平面反射镜面形的公式,并考虑了此方法可能引入的误差。对尺寸为124 mm×42 mm的平面反射镜分别在垂直和不同斜入射角条件下进行了测量,垂直入射时测得镜子工作表面面形起伏高度均方根(RMS)和峰谷(PV)值分别为16.3 nm和67.8 nm,斜入射时测得镜子工作表面的面形起伏高度RMS和PV值分别为16.8 nm和68.7 nm,相对误差分别为3%和0.9%,可以满足第三代同步辐射光束线的要求。     

大口径平面和非球面光学表面的纳米和纳弧度精度的测量——长行程外形仪的原理应用和发展

由于同步辐射光学发展的需要,发展了长行程外形仪.长行程外形仪是一个可以达到纳米和纳弧度灵敏度和精度的小角度和表面外形的测量仪器,适用于大口径光学表面的高精度测量.可测量的面形除了平面、球面外,还有所有非球面,如圆柱面、圆锥面、抛物面、椭球面、双曲面、超环面、各种旋转面和其他非标准非球面.介绍了长行程外形仪的原理、应用和各种不同用途的长行程外形仪,包括实验室专用长行程外形仪、扫描五角棱镜长行程外形仪、在线测量长行程外形仪和便携式长行程外形仪、垂直扫瞄长行程外形仪、多功能长行程外形仪和纳米光学机.还介绍了长行程外形仪的精度和最新发展趋向,如提高测量精度的方法,大幅度地增加外形仪的测量范围和方便地进行二维零件测量等.     

对基于拼接干涉术的同步辐射镜测量技术的研究

随着同步辐射光源和自由电子激光器相关技术的发展和光束质量的提升,对用于转递和聚焦光束能量的X光反射镜的指标要求也逐渐提高。为避免引入额外的波前误差,反射镜面形高度误差均方根值的要求已逼近至亚纳米量级。如此苛刻的面形要求对X光反射镜的测量工作带来了极大的困难和挑战。除了在各国同步辐射光源得到广泛使用的长程轮廓仪等基于角度测量的轮廓扫描仪器之外,基于激光干涉仪的拼接干涉技术也发展为测量同步辐射镜的一种有效手段。文中主要介绍了近期笔者等为测量X光反射镜而开发的拼接干涉平台。利用这一测量平台,研究了在不同的拼接参数下的多种拼接模式。着重讲述了其中纯软件拼接模式的基本原理和实际测量。用实测结果与不同测量仪器和不同研究机构的结果进行比对,验证了拼接干涉测量用于检测同步辐射镜的有效性,并展示了此拼接平台的测量表现。根据所得的测量数据看来,使用纯软件拼接模式来测量X光平面反射镜时,测量重复性的均方差值可以达到0.1 nm左右;而测量X光双曲柱面镜时(曲率半径的变化范围为50~130 m),测量重复性的均方差值为0.2~0.3 nm。此结果基本满足平面和接近平面(曲率半径大于50 m)的同步辐射镜常规检测和为确定性加工提供面形反馈的需要。     

衰减测试的误差分析及其对策

对光纤衰减测试误差进行方差分析,并就其对温度特性试验监测结果的影响进行评价,提出了减小和消除这种误差的方法.     

弱吸收单面薄膜光学特性的表征方法

光谱法是测量光学薄膜光学性能的重要方法之一,能够直接表征薄膜-基底系统的光学特性,如:反射率、透过率和吸收率。通过研究薄膜-基底系统的光传输特性,推导出在基底具有弱吸收的一般条件下薄膜-基底系统反射率、透射率和吸收率的表达式,确定了通过测量单面和双面抛光基底及其薄膜特性间接获得薄膜单面光学特性的方法;在实验中使用Lambda-900分光光度计对熔融石英基底的HfO2薄膜进行了测试,并通过测量误差分析,薄膜的单面反射率误差为1.00%,单面透过率的误差为0.601%。研究结果表明文中方法可适用于各类薄膜单面特性的表征与评价。     

设备误差对光学测角系统内场试验精度的影响分析

内场精度试验是光学测角系统研制过程中的一项重要试验,内场试验设备的误差对试验结果有一定的影响.本文按照光学测角系统和内场试验设备的工作原理,分析了引起内场测角试验误差的主要来源,根据推导的内场试验误差模型,对光学测角系统内场试验精度进行了仿真分析,并就如何减少试验系统误差进行了探讨.     

衍射微透镜阵列的光学性能研究及测试

对衍射微透镜阵列的光学性能进行理论上的研究,并提出一种测试微透镜阵列衍射效率和点扩散函数的方法,建立了一套测试系统,并对本所研制的128×128衍射微透镜阵列的衍射效率和点扩散函数进行了测试.测试结果证明本所研制的2位相的石英和硅衍射微透镜阵列的性能较好,均匀性较高;而由于工艺和光刻系统的限制,4位相衍射微透镜的制作还存在一些不足,这些都可以从所得到的衍射微透镜的点扩散函数曲线图和衍射效率看出.该方法适于测试具有微小单元尺寸、周期排列的微透镜阵列或单元的衍射效率和点扩散函数.     

基于VC++的EDFA自动校准及瞬态测试系统的开发

为了减少校准测试过程中人为因素引起的误差,提升产品测试的精确度和测试效率,自主开发了一种掺铒光纤放大器自动校准测试系统。根据影响光学指标各因素设计合理的校准测试方案,设计了掺铒光纤放大器测试光路切换开关,利用通用接口总线对设备进行自动化控制,VC++实现自动化控制及测试。采用分层的模块化设计,具有高内聚、松耦合的特点,多数子模块封装成动态链接库,软件的兼容性与扩展性强,其维护修改更加容易。经过试验验证,使用自动控制测试设备和光路切换开关的掺铒光纤放大器的研发测试效率提高了60%。结果表明,此自动校准测试系统能有效提高测试效率和测试精度,具有研发生产的实用价值。     

下一代光传输系统中超高速ADC芯片性能测试方法

针对下一代光传输系统对模数转换器（ADC）高采样率、大带宽的要求,提出一种针对该类ADC动态性能的测试方法.通过分析光传输系统中ADC芯片的特点,解决了采样时钟无法直接测量,输出数据难以捕获,分辨率不易统计,插损非线性导致带宽测量偏差等问题,并将该方法应用于光传输、雷达、卫星等高数据率场景所用超高速ADC芯片的评测中.测试结果表明,该方法解决了最高采样率70GSPS带宽16GHz的超高速ADC测试的关键问题,基本满足下一代400Gbps光传输系统对ADC动态性能测试的要求.     

分块镜共相位误差的电学检测方法

实现各分块镜间的光学共相位拼接是合成孔径光学系统高分辨率成像的保证.对分块镜间的光学共相位误差的电学检测方法进行了理论分析和实验验证.利用电容测微原理对相邻分块镜间的光学共相位误差实现了测量,测量范围200 μm,分辨率5 nm.搭建了分块镜光学共相位误差电学检测实验装置,装置中设置了分块镜位置微调机构以实现相互间的光学共相位拼接;用Fisba移相干涉仪对搭建的实验装置的共相位误差检测及拼接结果进行了实验验证,结果表明了将电容测微法用于共相位误差检测的可行性.该方法不仅测量范围大、灵敏度高;且与光学检测方法相比,未增加光学系统的复杂性.     

Fiber sensor of online biomass testing

A new testing method for biomass concentration and sensor design is developed to realize online testing of biomass concentration in the microbial bacterium liquid. The sensor structure theory, optical path, theory analysis and experiment are studied in-depth. First, the optical absorption and optical scattering are related to the optical distance and incidence energy. The change in biomass concentration will cause the change in optical absorption and optical scattering, and then lead to the change in the receiving energy. Based on the physical phenomena and theory, the paper relates the receiving energy to biomass concentration testing, and a new method to measure the biomass concentration is set up. In the experiment, a lamp-house with 760 nm wavelength is chosen.Under the 20℃ constant temperature, the experiment is performed on the biomass concentration test. The results indicate that the method is good for testing bacterium liquid concentration, with maximum relative error less than 0.2%. The method, which has merits such as precise online testing, high sensitivity and long life, is a practical new style biomass concentration sensor.     

基于Hough变换的光学测量胶片成像质量评价方法

感光特性曲线是评价测量胶片影像质量密度变化均匀性的一种手段和方法.针对光学测量胶片传统评价方法主观性强、误差大、难以量化等问题,提出了利用Hough变换技术对胶片感光特性曲线进行空间变换,通过分析检测特性曲线的变化规律及斜率和断线率等评价指标,对光学测量胶片成像质量进行评价的方法.并采用2条成像质量不同的21梯级光楔胶片进行实验.实验结果表明,此方法评价结果准确、客观性强,能够真实地反映光学测量胶片的成像质量.     

基于准正交空时分组编码的空间激光通信

准正交空时分组编码(QOSTBC)是一种正交空时编码的变换编码结构,将时间分集和空间分集相结合,具有高效的分集利用率和编码效率。QOSTBC是解决大气湍流对光通信影响的有效手段之一。在研究了大气信道特性的基础上,提出一种基于QOSTBC结构和空间分集光通信系统的信道模型;介绍了QOSTBC原理,分析了系统的信道容量和误码率(BER);利用蒙特卡罗仿真比较了采用空时分集编码与未使用分集编码系统的容量及BER的情况。结果表明,使用QOSTBC系统的信道容量随发射天线数增加而递增,误码性能得到有效改善。QOSTBC与Alamouti编码系统相比系统信噪比节省约9dB,说明该系统具有编码所提供的良好信道容量和误码性能,能够有效地抑制大气湍流对光通信所产生的光强起伏影响。