激光共焦显微光束的偏转扫描

为了提高激光共聚焦系统的扫描速度,本文提出一种逐场扫描的场同步扫描方法。构建了激光共焦显微系统,将美国THORLABS公司的GVS002型二维检流计振镜应用于该系统,根据光学系统参数以及扫描范围要求计算振镜的整场扫描波形。借助NI公司的PCIe6353多功能数据采集卡,输出行同步的扫描波形,同时,对共焦显微系统共焦位置上针孔处的光强信号进行采集,先后扫描一幅256×256和512×512的图像,记录扫描图像和成像时间;然后,在相同的硬件结构下,以场同步的方式输出扫描波形,记录扫描图像和成像时间。实验结果表明:场同步方式扫描256×256图像的速度可提高10倍,扫描512×512图像的速度可提高5倍,且满足共焦显微成像的清晰、抗干扰能力强等要求。与行同步扫描方法相比,场同步扫描方法可以消除行与行之间转换的停留时间,在不改变硬件的情况下大幅提高扫描速度。     

激光共焦透镜曲率半径测量系统

基于共焦技术独特的轴向层析定焦能力并结合气浮导轨平移台和激光干涉仪测长系统,研制了一套高精度、非接触激光共焦透镜曲率半径测量系统。该系统利用共焦轴向光强响应曲线的峰值点对应系统物镜聚焦焦点这一特性,使用峰值点对被测透镜的猫眼位置及共焦位置进行精确定位,并结合激光干涉仪获得透镜猫眼位置及共焦位置坐标值,从而计算得到透镜的曲率半径。系统由主控软件控制气浮导轨带动被测透镜在猫眼位置及共焦位置附近进行扫描测量,并实现信号采集和数据处理。实验表明,利用该系统测量透镜的曲率半径时,测量重复性优于2 μm,满足国内高精度透镜曲率半径测量的精度需求。该系统测量速度快、操作简便、结构简单且易于实现小型化。     

激光光束特定方向准直方法与技术

基于光束漂移量反馈通过PZT驱动的微角度控制,实时动态检测和控制激光光束特定方向的平漂量和角漂量,以达到出射光束特定方向的高稳定性。准直系统中对光束平漂量和角漂量进行了分离检测,并各自构成了平漂量和角漂量反馈控制执行系统,减小了平漂量和角漂量反馈控制中的相互耦合,提高了准直精度及准直效率。实验表明,该方法特定方向准直精度可达5×10-8rad。     

激光差动共焦反射式超大曲率半径测量系统研制

针对球面超大曲率半径测量中存在的测量精度低、抗环境干扰能力差的难题,研制了一套激光差动共焦反射式超大曲率半径测量系统。该系统采用反射式测量光路,利用差动共焦响应曲线对被测件的猫眼和反射位置进行高精度定位,并用测长干涉仪记录位置信息,最后结合物镜顶焦距解算出超大曲率半径值。理论分析与实验表明,该系统定焦精度高,测量范围大,抗环境干扰能力强,相对测量误差优于2×10~(-4),-15 m超大曲率半径测量结果的重复性可达1.2×10~(-4),实现了超大曲率半径的高精度测量。     

激光差动共焦透镜中心偏测量系统设计与实现

针对国内外透镜中心偏高精度测量的迫切需求,研制了一套激光差动共焦透镜中心偏测量系统。该系统从中心偏非接触测量的核心定焦原理入手,结合激光差动共焦定焦技术,解决了清晰度法定焦精度差的难题。在光学测量系统误差分析的基础上,对系统再次优化设计,并利用差动共焦轴向光强响应曲线过零点的位置与被测镜猫眼和共焦点精确对应这一特性,实现了透镜中心偏的高精度测量。通过实验表明,该系统测量精度为0.49%,与传统的清晰度法定焦测量相比,透镜中心偏的测量精度有效提高了6倍。该系统将差动共焦定焦技术有效的应用于透镜中心偏测量中,提高了被测镜猫眼和共焦位置的定焦能力,实现了高精度测量系统的设计,在光学测试和透镜加工及装配领域具有广阔的应用前景。     

具有高空间分辨力的位相型光瞳滤波式差动共焦测量法

提出一种新的改善光触针类测量传感器空间分辨力的位相型差动共焦测量方法.该方法通过具有横向超分辨能力的位相型光瞳滤波器最大程度地改善共焦测量系统的横向分辨力,通过差动共焦测量法改善共焦测量系统的轴向分辨力,最终提高共焦测量系统空间分辨能力.理论分析和实验表明,当入射激光束波长λ=632.8 nm、测量物镜数值孔径NA=0.85、uM=4时,该方法的横向分辨力优于0.2μm,轴向分辨力优于2 nm.该方法可用于表面微观轮廓及微小尺度的超精密测量.     

微风速标准装置的建立和热线风速仪校准方法的实验研究

中国计量科学研究院建立了微风速标准装置,基于该标准装置对热线风速仪的校准展开了实验研究。微风速标准装置基于相对法测量原理,实验通过气浮滑车搭载热线风速仪运动,由激光干涉仪测得的距离对时间微分得到标准速度,通过这种方式实现了热线风速仪的校准。滑车的运动速度可以溯源到国家计量院的时间和长度基准;此外,根据热线风速仪传感器的理论模型计算得到了热线风速仪的静态特性方程,比较理论模型与校准结果,发现二者具有良好的一致性。实验结果和不确定度分析表明:微风速标准装置的扩展不确定度U=0.82%（k=2）;热线风速仪校准结果的扩展不确定度U=2.42%（k=2）。     

激光差动共焦透镜中心厚度测量系统的研制

基于高精度光学共焦定位技术研制了一种全新的非接触透镜中心厚度测量系统,该系统利用差动共焦技术的高轴向层析特性和轴向响应曲线的绝对零点对被测透镜的前表面顶点和后表面顶点分别进行精密瞄准定位;同时,利用激光干涉仪获得透镜前、后表面顶点的位置坐标;然后通过光线追迹算法计算透镜中心厚度,进而实现了透镜中心厚度的高精度非接触测量。实验结果表明,该系统测量精度高,测量标准差小于1μm,满足透镜中心厚度测量的精度要求。     

激光 ICF 聚变靶丸轮廓测量系统标定方法

针对激光惯性约束聚变靶丸轮廓高精度测量系统的溯源标定问题,提出一种基于激光差动共焦测量原理的标定溯源方法。该方法基于激光差动共焦靶丸测量系统轴向响应曲线过零点精确对应测量系统焦点的性质,首先利用激光差动共焦靶丸测量系统测量经中国计量科学研究院计量检定的标准椭圆块的圆度,其次通过比对测量值和标准椭圆块圆度计量值,得出该系统测量传递系数为1.03,最后通过多次检定验证测量的方法,完成系统的高精度标定。实验结果显示,利用标定完成的系统进行激光聚变靶金属球比对测量,其标准差为37 nm,该标定方法的测量重复性为17 nm,其为靶丸表面轮廓的高精度测量奠定了坚实基础。     

激光差动共焦曲率半径测量系统的研制

针对国内高精度曲率半径计量需求,研制一套激光差动共焦曲率半径测量系统.该系统采用差动共焦定焦技术,利用轴向光强响应曲线的过零点精确对应物镜聚焦焦点这一特性,借助过零点对被测件的猫眼和共焦位置进行精密瞄准定位,通过干涉测长技术获取两点间的距离,继而实现曲率半径的高精度测量.该测量系统的机电控制由主控软件完成,可实现机电扫描、数据采集及数据处理,自动化程度高.实验证明,该系统定焦灵敏度高,受环境波动影响小,测量精度可达3×10-6,满足了高精度曲率半径的计量需求.