采用短相干光源的动态斐索干涉仪

为了实现斐索型干涉仪的动态干涉测试,研究了一种采用短相干光源的动态斐索干涉仪。以中心波长为638 nm、带宽为0.1 nm的二极管泵浦固体激光器作为光源,与偏振延迟装置结合得到一对短相干正交线偏振光,通过调节光源模块中两支线偏振光的光程差来匹配斐索干涉腔的长度,从而获取一对光程差为0的相干光束。使用偏振相机采集得到四幅位相依次相差/2的移相干涉图,按照四步移相算法解算相位,恢复待测元件的表面面形。采用光强归一化算法有效地抑制了偏振态误差导致的移相干涉图光强不一致在最终恢复波面中引入的一倍频波纹误差。采用琼斯矢量和琼斯矩阵分析了干涉图对比度与s光和p光光强比值的关系,并分析了1/4波片方位角误差对最终恢复波面的影响。利用该装置和Zygo GPI XP型干涉仪测量了同一块光学平晶,其均方根值相差0.024,峰谷值相差0.026。     

用于在线检测的紧凑型多测量模式干涉仪

光学干涉仪由于高精度、全口径、非接触特点在光学元件的检测中具有极其广泛的应用。针对光学元件加工在线检测需要,提出了一种紧凑型的多测量模式瞬态干涉仪。该系统可同时实现单波长激光干涉、多波长激光干涉以及LED干涉显微测量等多种工作模式,以分别满足不同动态范围宏观面形以及表面粗糙度等显微结构的干涉检测。针对在线检测应用中复杂的环境振动影响,系统采用偏振相机来实现瞬态的偏振移相波前检测。为验证系统方案的可行性,对测量系统的主要误差因素进行了分析,并对不同工作模式下的金刚石车削机床在线检测结果与Zygo激光干涉仪和Zygo光学轮廓仪进行了比对实验,同时也利用多波长技术对自由曲面进行了在线检测。结果表明该系统可实现高精度的多测量模式,并且还可以满足大动态范围波前测量要求。该系统结构紧凑,整体尺寸仅为195 mm×160 mm×65 mm,极其适合车削机床的在线安装及检测。同时系统基于瞬态波前检测,具有对环境扰动不敏感的特点,在机床对中工具在线调整以及加工元件等在线检测中具有广泛的应用前景。     

具有相位补偿的级联调制型相位延迟量精确检测方法

相位延迟量是偏振光学元件的一个重要指标，为了精准快速地测量偏振元件的相位延迟量，提出一种具有相位补偿的级联调制的偏振元件相位延迟量检测方法。该方法采用弹光调制器（PEM）和电光调制器（EOM）作为相位延迟量检测系统的级联调制元件，利用Soleil-Barbinet相位补偿器对样品进行光学补偿。基于数字锁相技术与现场可编程逻辑门阵列（FPGA）的片上可编程系统，检测光强极值点对应的Soleil-Barbinet相位补偿器的相位参数并进行数据处理，实现样品的相位延迟量检测。实验表明，利用该方法测量样品的相位延迟量的最大相对误差为0.857%，测量精度为99.143%，验证了将偏振调制法和补偿法相结合测量相位延迟量具有较高的精度，且降低了补偿器本身对测量误差的影响。     

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。     

用于纳米测量的单频偏振激光干涉仪的光路集成方法

提出了一种正交偏振干涉仪中光学元件位置固定与性能检测的方法,用于亚纳米级测量分辨力激光干涉仪的光路系统集成及其性能评价。构建了光学干涉仪在线检测与评价系统,基于强度检测方案,实时地对干涉仪输出的四路偏振光信号强度、干涉条纹可见度以及各路干涉信号之间的正交状态进行检测,并完成了小尺寸正交偏振激光干涉仪的光路集成;分别对分立式与集成式干涉仪的稳定性和微弱振动信号测量进行了对比实验。实验表明,集成式激光干涉仪的测量分辨力可达10 pm/Hz～(1/2),信噪比优于分立干涉仪10 dB,稳定性明显提高。     

电调谐波长移相干涉术

为了实现一体化结构干涉仪的现场数字化检测,提出了一种电调谐波长移相干涉术,通过控制注入电流,调制半导体激光器（LD）的波长,从而实现时域移相干涉。通过优化传统的随机移相干涉模型,采用最小二乘求解线性回归模型迭代算法求解相位,抑制了电调谐的控制精度有限、LD非线性引起的不等间隔移相,以及环境震动引起的各采样点位相变化不同步的干扰。将该方法应用于现场检测的便携式斐索干涉仪上,利用其与Zygo GPI XP/D型干涉仪测量同一块光学平晶,测量结果的峰谷值偏差为9.91 nm,均方根值偏差为5.22 nm,能满足现场定量检测的精度要求。该方法还可以应用于其他类型的激光干涉仪中。     

激光工作物质的高精度检验

一、引言 光学干涉仪是测量光学元件面形、评价透镜质量最常用的手段。七十年代人们将微型电子计算机及相位探测技术应用到干涉计量上,使干涉条纹的数据处理成为独立系统而将高精度光学元件的检验发展到一崭新阶段。美国贝尔实验室首先研制成带微型计算机的条纹扫描干涉仪,使干涉条纹的测量精度由λ/10提高到λ/50～λ/100。我们运用MarkⅢ型干涉仪测量了各种光学元件及光学材料的质量,对仪器的性能进行了分析和讨论。 二、实验结果和讨论 Mark Ⅲ型激光数字波面干涉仪是将位相测量技术应用于费索干涉仪上,利用实时相位同步检     

短相干光源偏振移相Fizeau干涉仪的实验研究

研究了一种偏振移相Fizeau干涉仪,以中心波长为650nm的多纵模半导体激光器作为光源,利用光源短相干特性和一套偏振延迟装置分出一对偏振方向正交参考光和测试光,采用巴比列-索列尔补偿器作为偏振移相器,采集四幅移相干涉图按照传统移相算法图,测试了一块平行平板的前表面面形。PV值为0.0682λ,RMS值为0.0127λ。该方法的优点是移相精度高,移相时无须推动参考镜,可适用于大口径系统的干涉测试,同时消除了多表面干涉杂散条纹的影响。     

波面数字干涉仪检测技术及其在光刻镜头生产中应用

移相式波面数字干涉仪是国际上八十年代出现的一种最先进的光学检测设备，它采用计算机图象处理技术对干涉图形进行实时动态采样处理，从而实现了光学面形的定量测量和形象化图形显示。本文介绍了我所用ＱＧＹ—１型激光球面干涉仪改造成的移相式激光波面数字干涉仪，在光刻镜头生产中的应用。     

液晶光学相控阵相位调制特性测量

为了测试设计波长为1550 nm的液晶光学相控阵在633 nm波段的相位调制特性,采用泰曼格林干涉法和偏振光干涉法相结合的方法来进行测量。实验结果表明,液晶光学相控阵的相位延迟随灰度近似呈线性分布,在0~255的灰度范围内针对633 nm激光的实际相位调制在0~3.76π之间,在135~255的灰度范围内线性度良好,可以作为液晶的工作区域。由于液晶相位控制的准确性和精度是通过加载相应的灰度来实现的,因此测量相位延迟和灰度对应关系的研究对于液晶光学相控阵用于高精度光束偏转和跟踪有着重要价值。     

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。     

低相干光干涉法测量光子晶体光纤延时

对相位敏感型低相干光干涉(OLCR)法延时测量系统进行了理论分析,建立了相关数学模型,搭建了基于非平衡迈克尔逊干涉仪的OLCR测量装置,以掺铒光纤放大器(EDFA)自发宽谱光作光源,对光子晶体光纤(PCF)延时(1540～1560nm)进行测量,取得0.14ps左右的测量精度。利用该系统测量光学元件参数,多采用元件末端面反射光与参考光干涉,但对光纤等器件的延时参数进行测量时,利用透射光会更加方便。     

激光合成波长纳米测量干涉仪的非线性误差分析

描述了激光合成波长纳米测量干涉仪的测量原理,分析了非线性误差对该干涉仪的影响,得出了由偏振光非正交、椭偏化和光学元件偏振非正交及椭偏化等对该干涉仪造成的非线性误差为偏振态误差的二阶或高阶小量。进行了激光合成波长纳米测量干涉仪和激光外差干涉仪的对比实验,结果表明激光合成波长纳米测量干涉仪的最大误差为2.1nm,优于激光外差干涉仪的最大误差7.5nm,验证了激光合成波长纳米测量干涉仪的优越性。     

基于两步相移干涉的微表面形貌检测系统

为了精确稳定地测量物体微表面形貌,设计了一种基于改进迈克尔逊结构的空间两步相移干涉系统。该系统在泰曼-格林偏振干涉仪的基础之上,使用改进的迈克尔逊结构实现分光,采用偏振方向分别为0和45的两偏振片作为相移器件,在单个CCD相机中同时记录两幅具有90相移的干涉图像,然后由离散希尔伯特变换法提取相位,获取物体表面形貌信息。搭建了两步相移干涉光路,并通过对玻璃平板表面的检测,验证了该系统的可行性。结果表明,在实验室环境下系统重复测量结果的均方根误差小于0.02,在实际微表面测量中具有良好的稳定性。     

文摘

提出了一种用偏光干涉仪进行线宽测量的方法.众所周知,对偏振光而言在边缘部分呈各向异性状态,用偏光干涉仪把所发生的偏振光状态的变化作为相位和对比度检测出来.在光学显微镜上方加装片和移相元件构成偏光干涉仪.入射光在被测样品的边缘部分变TE偏振光和TM偏振光.从这些偏振干涉相位信息变化的部分和对比度信息最小的部分可以检测出边缘.相位和对比度由液晶移相器用8挡移相法进行分析.实验中使用的是用硅制作顶形微结构(线宽100 nm～1200nm,深度160nm),结果显示可以侧量到波长以下的线宽.实验中考虑边缘的倾斜、试件的射质乃深度、照明系统的数值孔径等因     

采用同步相位检测的微小振动实时测量

提出了一种半导体激光正弦相位调制干涉仪。该干涉仪可以实时测量物体的微小振动。利用简单的电路构成实时相位检测器 ,对干涉信号中的相位信号进行同步检测 ,最终获得实际振动的振幅频率。文中给出了具体的理论分析和实验结果。     

激光数字波面干涉仪的光学面形绝对检测

当光学干涉技术应用于光学表面测量时,利用外差干涉、锁相及条纹扫描干涉,已可以获得相当高的测量精度。例如我们于1985年研制成的激光数字波面干涉仪就是其中一种,这种实时数字干涉仪采用同步相位调制技术,通过对多幅干涉图的采样平均,可将本机内外的随机扰动降至最小,从而使测量的重复精度     

一种新型薄腔法-珀干涉测速系统研究

本文所关注的激光干涉测速技术主要用于测试在冲击波或爆轰波作用下各种材料样品的自由面速度随时间变化的过程,介绍了基于光学谐振腔的选频特性利用薄腔法-珀干涉仪直接测量高速飞片所引起的多普勒频移从而获得其速度信息的设想,并根据此设想构建薄腔法-珀干涉测速系统的技术路线。最后描述了利用该项测试技术实际测量金属箔电爆炸驱动的Kapton膜飞片速度的实验并对实验结果进行了分析。与其它激光测速装置相比,该干涉仪具有体积小、结构简单紧凑和成本低的特点。     

输入光偏振态对光纤干涉仪条纹可见度的影响

文章分析了输入光偏振态对光纤Mach2Zehnder干涉仪条纹可见度和相位的影响,并通过实验进行验证。实验中,在干涉仪一干涉臂加入PZT相位调制器,通过示波器直接观测输入光偏振态对干涉仪输出光强波形的影响,并对输出波形变化进行了理论分析,验证了输入光偏振态对干涉仪可见度、相位的影响。     

波长调谐随机移相算法的研究

波长移相干涉仪可用于大口径光学元件的测试。其移相量需经过标定方可采用定步长移相算法计算相位分布。在长腔长测试条件下,由于激光器的波长调谐控制电源的精度有限,以及环境振动、气流扰动等的影响,采用定步长移相算法求解相位分布的精度不高。在随机移相算法的基础上,提出了波长调谐随机移相算法,并将其应用于大口径波长移相干涉仪中。在对该算法进行模拟仿真,验证了算法的可行性及精度后,进行了实验研究。实验结果表明,在波长移相干涉仪中运用该方法,可以很好地解决长腔长测试条件下的相位计算问题,且与被测件的理想相位比较,精度较高。