移相式激光干涉仪抗振技术的研究进展

现代移相式激光干涉仪在光学表面检测和光学系统像质评价中得到广泛的应用,但移相干涉术容易受到环境振动的干扰,时域移相的采样准确性受到影响,难以达到高精度测量的目标。为了进行振动环境下的在线测量,必须采用有效的抗振技术,目前具有这种抗振功能的干涉测试技术日益受到重视。从移相干涉图的采集、干涉仪的光学结构、振动的探测与补偿等角度介绍了移相干涉仪抗振技术的研究进展。     

同步移相抗振光干涉测量技术研究进展

从移相单元分光以及相移形成角度对同步移相干涉光抗振技术的研究进展做了综述,分析了影响该技术的关键问题,对光干涉测试领域相关研究具有一定指导的推进作用。     

移相式泰曼-格林红外干涉仪调试技术

叙述了自行研制的移相式泰曼-格林红外干涉仪的工作原理.针对红外光不可见的特点,利用可见光和红外光的共光路调试技术,解决了精确定位红外光路的难题,设计出一套红外干涉仪的调整方案.分别对平面镜、精磨粗糙平面和精磨粗糙球面的面形进行了测试,并使用四步移相算法还原被测波面,给出了结果数据和二维等值图、三维立体图;所测平面镜和精磨粗糙平面的面形偏差为0.077λ(PV),精磨粗糙球面面形偏差为0.520λ(PV)(λ=10.6μm).结果表明:仪器干涉系统光学质量优于λ/25,重复性优于λ/200,(λ=10.6μm).     

基于单管法探测相位的自适应抗振干涉技术

主动抗振技术是目前抗振干涉仪中研究的难点,其代价小、易于实现的方案是机电反馈式。在这种技术中振动信号的探测很关键,基于文中提出的采用单个光电二极管探测相位的抗振技术,获取的相位量数字化后由数字信号处理器分析得到应该补偿的振动量,送压电陶瓷(PZT)进行补偿。论述了系统各部分的工作原理和电路设计,并给出了实验结果。实验表明,本方案对于小于100wave·Hz的振动具有较好的效果。     

大孔径移相式CO_2激光干涉仪

叙述了已研制成功的红外移相式数字干涉仪的原理和性能，光源为ＣＯ２激光器（λ＝１０．６μｍ），该仪器光路是斐索型干涉系统，孔径为２５０ｍｍ，不确定度ＰＶ值优于λ／１３０（２σ）；也可构成泰曼球波面干涉系统。采用压电晶体驱动参考反射镜作相位调制，完成了对热释电摄像机的热电靶的温度调制。给出红外望远系统波前和光盘基片平面度实测光程差的二维等值图和三维立体图。     

可见光移相点衍射干涉仪的测试误差分析

为了实现对极紫外光刻投影物镜非球面反射镜的超高精度检测,引入了可见光移相点衍射干涉仪,介绍了其工作原理,并采用自行设计的十三步移相算法和传统五步移相算法对可见光移相点衍射干涉仪的测试误差进行了详细的理论分析及仿真计算,分析结果证明了十三步算法优越性的同时,也给出了要实现干涉仪的超高检测精度应该限定的测试组件的性能参数。为了验证可见光移相点衍射干涉仪及十三步算法的切实可行性,搭建了原理实验装置,通过40次重复测量取平均值的方法获得被检元件面形。实验结果表明:十三步算法和五步算法的结果相近,但十三步算法的重复性优于五步算法。采用十三步算法,在所构建的实验装置上实现了RMS值优于λ/10 000(λ=632.8 nm)的检测重复性。     

集成光学移相干涉仪的研制与性能表征

干涉仪是综孔径望远镜的核心器件,与传统的分立元件干涉仪相比,集成光学移相干涉仪结构紧凑,用于构建综合孔径望远镜能显著优化望远镜结构并提高系统稳定性。文中报道了二氧化硅基集成光学移相干涉仪的设计和制作,并给出了对这种器件主要性能的表征结果。研究结果表明,集成光波导制作技术可以保证干涉仪芯片上两个方向耦合器的耦合特性的一致性;器件的插入损耗优于1.8 dB,插入损耗均匀性优于0.1 dB;通过对MZ干涉仪插入损耗的测量估计了移相器的偏差,结果显示干涉仪中90 移相器的偏差大约为1.5 。分析表明,二氧化硅基光波导技术用于综合孔径望远镜用光干涉仪制作具有显著的优势。     

可见光移相点衍射干涉仪的空气扰动误差分析

为了提高可见光移相点衍射干涉仪的测量精度,对空气扰动误差的分析以及有效的抑制是十分必要的。利用自行设计的十三步移相算法与传统的五步移相算法对空气扰动误差进行了理论分析与仿真计算,分析结果证明了新算法的优越性,并且通过对干涉仪的空气扰动误差的分析,最终得到了干涉仪工作的环境控制条件,如果采用十三步移相算法,保证空气温度变化控制在±0.005℃以内,压强变化控制在±1 Pa以内,水汽压变化控制在±5 Pa以内,温度梯度变化控制在0~0.01℃范围内,压强梯度变化控制在0~2 Pa范围内,最后再对多次测量结果取平均,则空气扰动误差引起的位相误差将在测量精度允许的范围内。在现有的实验条件下搭建了原理实验装置,实验结果表明:十三步算法和五步算法的结果相近,但十三步算法的重复性优于五步算法。采用十三步算法,在所构建的实验装置上实现了RMS值优于λ/10 000(λ=632.8 nm)的检测重复性。     

移相法测量波片的相位延迟量

在分析波片测量方法优缺点的基础上,借助于波片的一般琼斯矩阵公式,推导出可以测量各种波片的通用测量原理公式,提出一种新的基于移相法原理测量波片相位延迟量的方法。在波片测量时,无需被测波片的光轴和补偿片的光轴成45°要求,即不必知道波片的具体快慢光轴方位,只要将波片平行放入。该方法可以测量多种波片。测量装置采用了步进电机带动检偏器旋转,运用光栅编码器测角装置测量检偏器的转动角度,使用光电探测器采集检偏器在四个方位角度的光强值,根据移相算法得出波片的相位延迟角。该方法测量周期短,是一种方便快捷的方法。     

同步移相干涉的测量性能

详细分析了一种基于二维正交光栅衍射的同步移相干涉测量系统的组成结构,包括干涉系统、空间分光部件、偏振移相部件以及图像采集与处理系统。选择了二维正交透射光栅的四个衍射级次的光束作为测试光,理论和实验都证明这种方案具有良好的分光效果;用偏振方向依次改变45°的四片偏振片构成偏振阵列作为移相器件,并根据空间一致性要求,分割得到依次具有90°移相的四幅独立干涉图,获得了较高的移相精度;在幅频积低于100 Hzλ的振动环境中,系统测量重复性的峰谷值优于0.02λ,可以用于一般的在线检测和动态测量。     

基于液晶空间光调制器相位调制的波面转换

本文介绍了一种基于液晶空间光调制器（LCSLM）相位调制特性的波面转换方法,可将入射光变换成任意波面。测量了液晶空间光调制器相位调制特性,得到相位和灰度的对应关系;分别以几何理论和G-S算法为基础计算出衍射光学元件（DOE）的表面相位分布;将DOE表面的相位分布转换为灰度分布显示在LCSLM上,使得LCSLM具有波面实时转换功能;并以高斯激光为入射光对其进行波面转换实验,实验结果证明了设计方法的准确性及可行性。     

对包络变化及移相误差不敏感的宽带光八步移相算法

提出了一种用于测量微观表面三维形貌的宽带光八步移相算法.该算法通过定位宽带光干涉条纹的零相位差位置实现微观轮廓的测量.计算宽带光移相干涉信号中相邻采样点的相位差得到实际移相间隔,从而实现实际移相量的在线标定以及移相误差的校正.分析了倾斜SiC平面的移相干涉条纹,计算结果的标准均方差为1.646 nm,与不存在移相误差时的计算结果吻合.宽带光八步移相算法对干涉包络的变化不敏感,能够抑制移相误差,是一种实用、高精度的微观表面轮廓测量方法.     

复合涡旋光束的光强与相位特性

为了研究复合涡旋光束的光强与相位特性,利用不同拓扑荷数的2束零阶径向拉盖尔-高斯(LG)涡旋光束共轴叠加,产生一种新型的复合涡旋光束,从理论上研究了拓扑荷数对复合涡旋光束的光强与相位分布特性的影响,分析了拓扑荷数与中心暗斑直径以及内、外环分叉数的线性关系,并进行了数值仿真.仿真结果表明:不同拓扑荷数的2个零阶LG涡旋光...