波面功率谱密度中频波段的干涉测试研究

讨论了干涉测试表面功率谱密度 (PSD)的移相式数字波面干涉仪需注意的问题 ,即如何保持严格相干性 ;引起波面测量误差的干涉场杂纹消除的原理和方法 ;干涉仪频响特性的标定等     

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。     

激光棒波前畸变测试仪

介绍了自行开发的移相式数字波面干涉仪的原理和特点 ,仪器主要用于激光棒材料波前畸变测试 ,仪器口径为 30mm ,精度优于λ/ 2 0 ,重复性优于λ/ 5 0。仪器硬件具有四个特点 :变倍、调焦、光通量控制、调整和测试转换 ;软件包建立在WINDOWS98平台上 ,进行干涉图采集、处理、波面图形绘制。输出结果形象直观 ,整个操作简单方便快捷 ,测试过程 2 6s。仪器还可测量晶体材料折射率均匀性、晶体元件面形、角度、平行度等。通过测试比对 ,数据与ZYGO结果一致     

光干涉方法在角度偏差测量中的应用

介绍了应用光学干涉原理测量棱镜光学平行差的方法.棱镜可等效展开为玻璃平板,其入射面与出射面的光程差恒定,通过波长调谐方法,改变等效玻璃平板之间的位相差,从而用移相干涉术测量了光学棱镜的光学平行差.介绍了一种立方体玻璃90°偏差测量的新方法,斐索干涉仪的测试光束以45°入射到立方体玻璃内,入射波面经立方体90°二面角自准直反射,与干涉仪参考波面相干形成干涉图.分析了干涉波面与立方体玻璃二面角误差之间的关系,并通过移相式干涉仪给出了实测结果.     

会聚光横向剪切移相干涉

为了检测长光程情况或多组分光学镜头逐片装校中的波面,提出一种以会聚光波直接作为干涉测试光源的会聚光移相剪切干涉方法,阐述了基于迈克耳孙干涉仪原理的会聚光横向剪切干涉光路,建立了会聚光横向剪切波面的数学表达式,并与一般横向剪切干涉相比较,分析了剪切量和波面偏移量的特征,且引入移相干涉技术求取剪切波面.结果表明,会聚光横向剪切移相干涉测试,能够实时测试会聚光的波面质量,峰谷值(PV)的重复性为0.022λ,均方根(RMS)值的重复性为0.014λ,并与Zygo干涉仪的测量结果进行了对比,验证会聚光剪切移相干涉的可行性.     

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。     

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     

光学系统偏振像差的实验分析

为了验证高数值孔径、大入射角、宽光谱的空间光学系统中偏振像差的存在,在激光数字波面干涉仪上对偏振像差进行了实验研究并做了数据分析.论述了偏振像差的两种计算方法,即偏振像差函数的二次扩展式和偏振光线追迹.用软件对激光数字波面干涉仪光学系统分别进行普通光线追迹和偏振光线追迹,PV值增加了33.59%.然后在该系统上对偏振像差进行了实验研究,PV值增加了34.48%.可以看出二者基本吻合.第一次在激光数字波面干涉仪上模拟了空间光学系统,并通过实验证实了改变入射光的偏振态可以改变系统的偏振像差.将实验测得的结果和软件模拟的结果比较后证实了光学系统中偏振像差的存在.     

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     

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).     

用于相位缺陷检测的动态泰曼干涉仪

为了实现光学元件相位缺陷的大视场、高分辨率、动态检测,设计了一种动态泰曼干涉仪。该干涉仪采用短相干激光器结合迈克耳孙干涉结构产生1对相位延迟的正交偏振光,以此作为光源,通过匹配偏振型泰曼干涉仪干涉腔的相位差,补偿参考光与测试光之间的相位延迟。利用偏振相机瞬时采集4幅移相量依次相差π/2的干涉图,通过移相算法即可求解得到相位缺陷的信息。利用平面波角谱理论进行仿真,分析了二次衍射对测量结果的影响;利用琼斯矩阵法分析了偏振器件误差对测量结果的影响。实验检测了1块激光毁伤的光学平板,测试结果与Veeco NT9100白光干涉仪测量结果相比,相对误差为2.4%。此外,采用所述方法对强激光系统中光学平晶的相位疵病进行检测,测试结果显示波前峰谷值为199.2nm。结果表明,该干涉仪能够有效应用于光学元件相位缺陷的检测。     

便携式散斑干涉仪的光路安排

数字散斑干涉(DSPI)是精密检测领域常用的一种测量技术，目前一般的数字散斑干涉系统使用大功率激光光源和大型光学实验平台，仅适用于实验室研究工作。为实现数字散斑干涉的工程现场应用．本文提出一种新的便携式数字散斑干涉仪的光路安排，它采用和小功率激光器相适应的光路配置，结构紧凑，体积小巧．在光源小型He-Ne激光器输出功率仅为5mW的条件下，仍然能在实验中获得良好的干涉条纹图，其对比度可以和利用20mW的激光得到的条纹图相比拟，有效地提高了激光的利用率。通过理论分析和实验验证，对该便携式数字散斑干涉仪的合理性进行了论证。     

632.8nm高精度移相菲佐干涉仪测量误差分析

为了满足高精度光学系统对光学元件纳米级的检测精度要求,提出了一种理论可实现纳米级测量的632.8nm移相菲佐干涉仪的设计方案。通过对检测凹面和凸面的632.8nm移相菲佐干涉仪的基本结构和测量原理的分析,指出影响干涉仪测量精度的几种主要误差:移相误差、几何结构误差、振动误差、探测器误差(非线性误差和量化误差)、光源误差(波长不稳定和强度不稳定)、空气扰动和折射率变化误差。通过对这些误差理论分析和模拟,量化了各误差对测量精度的影响,其中移相误差、几何误差、振动误差和空气折射率误差影响最为显著。根据测量精度要求和仿真结果,得到实现纳米级测量的干涉仪系统参数和环境参数设置要求。     

移相器类进动现象对干涉测量的影响

压电晶体(PZT)光学移相器作为移相干涉仪(PSI)的关键部件，其移相误差直接影响被测波面的相位复原精度。分析了压电晶体移相器在移相过程中导致干涉图旋转的原因——类进动，其本质是移相器在伸长的同时其参考镜端面法线方向绕着伸长方向产生旋转。利用典型的Hariharan五步移相算法。得出了类进动现象所导致的波面相位复原误差计算公式，给出了在测试孔径上的误差分布图。对影响误差大小的主要因素如干涉条纹的宽度、旋转的角度和测试口径等进行了具体分析，由此推导出在移相干涉仪光学调整过程中控制干涉图旋转误差的准则。     

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。     

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。     

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。     

移相式泰曼-格林红外干涉仪及应用

研究了移相式红外泰曼-格林干涉仪，研制出光机电算一体化的仪器，仪器孔径为Φ30mm。编制了计算机软件，用于干涉图波面的拟合与红外光学系统成像质量的评价，所鳊软件与国际上同类软件的计算精度相当。介绍了红外干涉仪的多种应用：评价红外光学系统的像质，检测光学件精磨表面粗糙度、光盘基片面形的平整度。结果表明，仪器干涉系统光学质量优于λ／25，扩展不确定度优于λ／130，重复性优于λ／200(λ=10．6μm)。     

三平板剪切干涉仪自动测试系统

三平板剪切干涉仪是环路剪切干涉仪中最简单的一种,它具有基本等光程、剪切量连续可调、两出射光束恒相互平行等特点。利用三平板剪切干涉仪对激光器出射波面质量进行检测,探讨了由剪切干涉图复原原始波面的1阶微分法,编制了专家辅助软件系统,为光机型的三平板剪切干涉仪配置了实时图像采集、处理系统,实现了光、机、电、算相结合,融硬、软件于一体的数字波面剪切干涉仪,并通过实验验证了方法的重复性精度。