分振幅双光束等倾干涉中半波损失的讨论

为研究光经过透明平行平板后出现的两束主要反射光之间是否存在半波损失,利用菲涅耳公式和矢量分解再求和的方法,以它们在p、s方向的分振动是否分别反向,且各自方向上的振幅比相等作为判据进行分析,结果发现只在两种情况下有半波损失:第一种是透明平行平板处于均匀的透明媒质中,光以Brewster角斜入射透明平行平板时有半波损失;而透明平行平板处于两种折射率不同的环境媒质之间时不会有半波损失。第二种情况是光束正入射透明平行平板,且当透明平行平板的折射率与周围环境透明媒质的折射率相比处于最大或最小时,将有半波损失。其它情况则没有半波损失。     

高灵敏度分束干涉型LCD盒间隙厚度测量仪

本文报道一种高灵敏度分束干涉型ＬＣＤ盒间隙厚度测量仪（以下简称测厚仪），并重点介绍其两项关键技术：干涉条纹级次的彩色识别法和光楔干涉定标法。要精确测量液晶盒间隙厚度，必须准确测定基准和测量这两组干涉条纹间的距离，因而必须准确识别干涉条纹的级次。强度识别法的测量精度易受随机噪声的影响。本文提出条纹级次的彩色识别法，利用这种方法，测量精度可以大幅度提高。定标是测厚仪的另一关键技术。本文提出独特的光楔干涉定标法。文中给出了光楔干涉法定标精度的理论估算，同时制成一光楔并应用于高精度测厚仪的实际定标     

运动调制参考光实时全息测量位移方向研究

提出用物体运动调制参考光实时全息测量物体位移方向的理论、方法和技术。用一束近似平行的光照射贴有反射镜的物体,由两者分别反射到全息干版上的物光和参考光相干涉形成和记录实时全息图。用原记录光束照射全息图,使试件沿一定方向位移,通过实时全息图观察到的实时干涉条纹会随观察点的移动而移动。物体位移方向、干涉条纹位移方向和观察点位移方向之间有确定的关系,推导了这种关系的数学表达式。根据这种关系归纳出了测量物体位移方向的基本法则。用不同试件完成了测定位移方向的实验,验证了所提出的新理论、新方法和相应新技术的正确性。     

干涉仪器中的相干度和混频效率

本文讨论评价干涉条纹及光电信号质量的指标:两束光相干度Γ和混频效率β.指出光源、光学系统、仪器调整、干涉条纹宽度、光接收器孔径对Γ、β的影响,以及如何获得最佳信号。     

单一光学平板作为激光束剪切干涉元件的几个问题

本文从检测干涉条纹的精度与质量出发,讨论了光学平板作为剪切干涉元件本身若干技术问题,其中包括平板平行度,平板表面局部误差以及两表面膜层反射率的匹配等。     

可变载频径向剪切雅敏干涉仪

基于雅敏干涉装置,提出一种新的可变载频(条纹频率可调)的径向剪切干涉仪。该干涉仪主体由两块雅敏干涉平板、两对可旋转双光楔、两个可变比例的扩束镜组成;双光楔用于调节条纹周期,以获取最佳干涉图;两扩束镜的扩束比例可变,以调节最佳剪切量。两块平板加工误差一致,同时所有光楔来源于同一楔板,参数一致,两扩束镜的性能参数也完全相同,光路对称,严格等光程。提出的干涉仪可一次性完成非球面模具的测量;并根据被测面形情况进行条纹周期和剪切量的调节,获得了最佳条纹图。最后,对球面/非球面模具表面进行了测试。结果显示:通过调节双光楔和扩束比,此干涉仪可获得较好的条纹图,为多种非球面模具的进一步高效检测提供了新的思路。     

通过傅里叶变换测量多表面面形

为了更简便、准确地测量透明平行板,提出了一种基于区域生长算法与傅里叶变换的单幅三表面干涉条纹相位恢复方法。通过傅里叶变化将三表面干涉条纹图由空域变化到频谱域。不同表面的干涉条纹在频谱域中对应的位置不同,通过改变区域生长算法中的参数,提取出合适的区域,最终得到面形。该方法可以由单幅三表面干涉条纹图同时得到透明平行板前后两个表面的面形。分析了由算法求得的表面面形的误差,通过叠加分离的双表面干涉图与原三条纹图进行比较,得到相应的误差分布图,通过误差分布图可以改善算法的精度。将得到的面形与Zygo干涉仪得到的面形进行对比,发现该方法测量精度较高,其相位提取误差PV值小于0.12λ,RMS值小于0.065λ;重复性得到验证,其重复率可靠度优于λ/100。测量到的面形与物体真实面形接近,测量方法更加简便。     

应用动态调制与干涉条纹形状测量二维角度

采用四象限探测器接收干涉条纹进行位移测量时,干涉条纹的形状会影响各探测器之间的相位差。本文在建立干涉条纹形状与干涉夹角关系模型的基础上,提出了应用四象限探测器识别干涉条纹形状的方法。通过干涉条纹光强面积分运算方法,推导了干涉条纹形状参数与探测器信号相位差之间的理论公式,并给出了相位差与干涉夹角之间的关系。利用PZT匀速驱动参考镜的方法实现了干涉条纹的动态调制,提高了信号相位差的识别精度。通过椭圆拟合技术实现了相位差在(0,π)的高精度识别,并结合特定的正余弦累积运算实现了(-π,π)相位差的识别,从而完成了偏转角度方向的测量。相对传统CCD条纹形状识别方法,该方法扩大了角度测量范围,且更适合动态测量。与高精度自准直仪进行的比对实验表明,该方法在±300″的测量精度为3″。     

双光路信号段交替合成压缩加密系统研究

介绍了一种光信号时域压缩的双光路信号段切换处理方法,在全光系统中实现了光信号分段切换,避免电子系统中存在的抗电磁干扰能力差等固有缺陷。红激光差拍干涉形成的移动干涉条纹等间隔匀速擦除由紫外光差拍干涉形成的移动光腔。通过调整系统参数,使两光波导之间写入光栅和擦除光条纹的移动速度分别相同,实现在同一时刻,两光波导对应位置的擦除红光明暗条纹分布相反,使得双路输入光信号被压缩切换到一路光信号输出,从而实现光信号的分段切换,可用于置乱加密等信号处理装置。     

三光束干涉仪参数分析及优化设计

从理想情况出发,得出了用周期为2p的光栅扫描时,由光电探测器接收到的三光束干涉光强分布式。从优化设计的角度求出了光栅的最佳参数以及干涉仪三束光的最佳光强之比;计算出了理想情况下仪器可能达到的精度以及有误差情况下的干涉条纹光强分布式;最后得出了合理的误差允差。     

基于扰流技术的直叶片升力型垂直轴风轮的性能改善

提出采用扰流方法,来解决因局部方位角的叶片攻角极小而导致整体H型风轮性能较低的问题。基于双盘面多流管模型,分析了尖速比分别为5和6时,扰流对叶片攻角、切向力系数和转矩的影响规律。计算表明:扰流作用下,在0o≤θ≤15o和345oθ≤360o引流范围内,攻角增幅随着方位角的增加而增加;在175o≤θ≤185o范围内,随方位角的增加而减小;相同引流域内,随着尖速比的增大而减小。扰流对0o方位角性能改善效果比180o方位角明显,切向力系数和转矩的增幅在0o≤θ≤15o扰流范围内较大,345oθ≤360o次之,175o≤θ≤185o范围内增幅最小。研究了扰流角对风轮性能的影响规律,研究表明适当增大0o和180o处的扰流角可以提高风轮性能,扰流角增加相同幅度,上盘面的转矩的提高幅度更大。     

支持亚波长结构光刻的紫外干涉光学头

设计了351 nm紫外光条件下支持亚波长结构干涉光刻的光学透镜组,数值孔径达到0.46,支持双光束最大干涉角度55°,该光学头理论上能光刻的最小结构周期为400 nm.研制了采用熔石英位相光栅作为分束元件的干涉光学头,在351 nm波长下,光刻了周期为450 nm的点阵结构,得到了尺寸约200 nm的凸点结构,实验结果表明,该光学头具有支持亚波长周期结构光刻的功能,是一种亚波长结构器件制造的重要技术手段.     

基于微分干涉相衬的相位分析法研究

通过对微分干涉相衬显微定量测量方法进行研究,提出了一种更有效的相位分析法。即在不对双光束干涉光路进行改造或处理的前提下,通过对光学成像进行处理而得到理想的结果。即把图像中的光强信号转变成相位信号,并通过维纳滤波对噪声进行了消除,最后获得表面微观形貌定量参数。     

施密特棱镜偏振特性的研究

为了分析施密特棱镜对自然光和部分偏振光的传输特性,使用Pauli旋转矩阵把施密特棱镜的Jones矩阵转换成Mueller矩阵。将一束部分偏振光经过施密特棱镜后分成两路偏振度相同的部分偏振光,再把两路部分偏振光各自分解为自然光与椭圆偏振光,发现两路椭圆偏振光的椭率角相同,方位角不同,由此可知两路部分偏振光是不相同的。理论和实验分析均表明,在部分偏振光入射时的偏振度和方位角的关系一定时,出射后两路部分偏振光中的椭圆偏振光的椭率角相等,方位角不等。     

Video-enhanced microscopy with a computer frame memory

Video-enhanced microscopy combined with the use of a computer frame memory extends considerably the useful range of our video enhanced contrast (AVEC) methods for polarizing, double-beam interference and differential interference contrast microscopy. Increased visual contrast is achieved by two stages of amplifications: the first optical, by using high bias retardation settings, and the second electronic. These steps are followed by a reduction of background brightness by means of a clamp voltage applied to a DC restoration circuit of the video camera. One of the limitations of the AVEC method alone is the inevitable appearance under high gain conditions of a pattern of mottle due to inaccessible dirt and defects in the lenses even of high quality. This limitation has been circumvented by storing the mottle pattern in the frame memory (frame store) and continuously subtracting it from each succeeding frame to clear the image. A major gain in image quality has resulted. In polarizing microscopy, the frame memory can be used also to subtract the image at one compensator setting from that at the equivalent setting of opposite sign, thus removing from the final image not only most of the mottle pattern but also the contrast due to the bright-field contrast. In the polarizing microscope, these manipulations of the raw video image make it possible to observe and measure the birefringence of various organelles and elements such as microtubules, intermediate filaments and bundles of as few as a half dozen actin filaments. Since scattered light is also removed from the image, features hidden from view in the unprocessed image become visible. In differential interference microscopy, the AVEC method makes visible (i.e. detectable) many linear elements and particles that are an order of magnitude smaller than the resolution limit and not visible in the optical image. Such features are inflated by diffraction, however, to Airy disk size.     

AFM悬臂定位系统中光干涉误差及减小方法研究

光杠杆法是原子力显微镜（AFM）悬臂定位的主要方法。由于悬臂自身的尺寸和材料特性、检测光路系统等因素制约，悬臂弯曲测量时存在光泄露。被试样表面反射的部分泄露光与悬臂反射光产生干涉，在探针一试样接近曲线中产生光干涉误差。基于轻触模式AFM，分析了光干涉误差的产生原因，并对其引起的AFM测量误差进行了数学分析和仿真、提出了减小光干涉误差的方法。实验结果和理论分析表明，为了进一步提高AFM的测量精度，有必要克服定位系统中的光干涉误差。     

A combined light sheet fluorescence and differential interference contrast microscope for live imaging of multicellular specimens

We describe a microscope capable of both light sheet fluorescence microscopy and differential interference contrast microscopy (DICM). The two imaging modes, which to the best of our knowledge have not previously been combined, are complementary: light sheet fluorescence microscopy provides three‐dimensional imaging of fluorescently labelled components of multicellular systems with high speed, large fields of view, and low phototoxicity, whereas differential interference contrast microscopy reveals the unlabelled neighbourhood of tissues, organs, and other structures with high contrast and inherent optical sectioning. Use of a single Nomarski prism for differential interference contrast microscopy and a shared detection path for both imaging modes enables simple integration of the two techniques in one custom microscope. We provide several examples of the utility of the resulting instrument, focusing especially on the digestive tract of the larval zebrafish, revealing in this complex and heterogeneous environment anatomical features, the behaviour of commensal microbes, immune cell motions, and more.     

一种滚转角和直线度同步干涉测量方法的研究

提出一种用于精密线性位移台滚转角和运动直线度同步测量的激光外差干涉系统。该干涉系统由一个Koster棱镜、角隅棱镜、分光镜、1/2波片、直角棱镜、1/4波片以及楔面棱镜和楔面反射镜组成。楔面棱镜作为测量运动直线度和滚转角的传感器固定在线性导轨上,当双频激光器的光射入干涉系统中后,形成空间对称的六光束测量信号。空间结构对称、系统共光路的特点使光学分辨率比普通的迈克尔逊干涉仪高一倍,光程死区达到最小。系统稳定性好,抗环境干扰能力强。光路对称使得增加或减小的光程变化相同,其他自由度引起的光程变化相互抵消,仅有运动直线度和滚转角的变化可以进入光程差,有效地排除其他自由度及阿贝误差的串扰,实现高精密测量。试验证明相互平行且不同频率的两束光在同一反射系统中发生运动直线度偏移和滚转角变化时,通过两束光携带的不同相位信息能直接得到运动直线度和滚转角的变化值。它不需要一条与行程同样长度的大反射镜作参考便能够实现高分辨率测量,简单实用,可直接溯源米定义。     

基于MATLAB GUI的迈克尔逊干涉实验仿真系统的研究

针对传统光学实验装置使用的局限性,在波动光学光的干涉理论基础上,介绍了一种基于Matlab GUI的迈克尔逊干涉仿真系统的设计方法,用户只需进行简单的操作,即可得到各种不同参数下干涉的图样和强度分布图,还可根据需要选择不同的干涉种类,等倾干涉或者等厚干涉。结果表明,该系统仿真效果良好,具有显示直观、操作方便和可移植性强等优点,能够帮助学生更加形象的理解干涉原理,提高其学习兴趣。