加权多步波长移相算法研究

波长移相干涉技术通过改变光源的波长实现移相,可以克服硬件移相引入的误差,同时原理上可以实现多组干涉信号的分离。主要应用于大尺寸干涉仪及需要分离多表面干涉信号的系统中。加权多步波长移相算法是其主要的算法,中心思想是通过时域加入合适的窗函数,抑制寄生信号,提出包含轮廓或厚度信息的有用信号。文中介绍其设计思想,进行算法设计,并对一光学件进行了测试和比对。     

抗振型移相干涉仪中PZT移相器的改进

结合移相式干涉仪主动抗振技术,提出对普通PZT光学移相器进行机械结构的优化,改善其机械响应性能并保证有足够的位移量.作为机电反馈式干涉仪抗振系统的核心部件,改进后的PZT构件用于干涉仪的移相驱动,同时又用作光学相位调制器和振动补偿器.经移相干涉仪的在线测量,PZT移相器达到了1 000 Hz(振动幅度为λ/2)以上的时间响应速度并获得了6 μm左右的位移量,满足了干涉抗振系统的需要.     

基于光强自标定移相算法检测光学面形

考虑菲佐型波长移相干涉仪中波长可调谐激光器光强与调节电压之间的关系会对相位计算精度造成影响,本文提出了一种基于光强自标定的波长移相算法。首先,分析了波长可调谐激光器调节电压与输出光强之间的关系,建立了数学模型;然后,依据最小二乘判据,推导出了波长移相干涉仪的光强自标定移相算法。最后,实施了仿真实验,通过计算机生成背景光强具有一定变化的12幅干涉图,利用所提出的算法进行了相位恢复。结果表明,提出的算法可以很好地免疫激光器的光强变化,实现高精度的相位恢复。对口径为100mm的平面镜的测量结果显示RMS为0.005λ,PV为0.073λ。与ZYGO干涉仪测量结果的比较显示,两次测量面形的偏差RMS为0.0014λ,PV为0.022λ。得到的结果证明了算法的可行性及在菲佐型波长移相干涉仪中的实用性。     

红外干涉仪调试和测量技术的研究

从干涉计量术方面对自行研制的移相式CO₂红外激光干涉仪进行了研究并提供了精确定位红外光路的调试技术,应用该干涉仪对红外光学元件及系统进行了测量;最后,对本干涉仪的系统误差作了测试和分析.结果表明,本仪器系统误差优于λ/20(λ=10.6μm).     

相移干涉术修正五步算法研究

研究了修正五步算法对线性相移误差及探测器二次非线性响应误差的不灵敏特性。数值模拟结果表明，该算法在一定程度上优于B.Zhao＆Y．Sur－rel的六步算法。     

相移干涉术修理五步算法研究

研究了修正五步算法对线性相移误差及探测器二次非线性的响应误差的不灵敏特性。数值模拟结果表明，该算法在一定程度上优于Ｂ．Ｚｈａｏ ＆ Ｙ．Ｓｕｒｒｅｌ的六步算法。     

移相式数字光学轮廓仪的研制

相移干涉技术是表面轮廓测量领域中得到了广泛应用的可实现高精度测量的技术方法.本文将相移干涉技术与上海光学仪器厂的6JA型干涉显微镜结合起来,研制成功了移相式数字光学轮廓仪,其测量范围0.5nm～1um,精度达到了σ＜0.05nm(Ra),σ＜0.7nm(P-V).由于相关技术的突破,该仪器可以对多种材料、多种轮廓形状的表面实现测量,并得到了较好的结果.     

移相干涉仪环境振动自动测量系统

环境振动和半导体激光器输出扰动都会引起移相干涉仪(PSI)光学干涉场变化,为了评估环境振动对PSI的影响,在干涉仪内部,用两只光电管分别测量光学干涉场某点辐射功率的变化及半导体激光器输出功率的扰动,可析取移相干涉仪的环境振动信息。两路光电测量信号经单片机进行模数转换后由串行通信接口传输到PC机,通过可视化软件编程技术实现信号的图形化显示和环境振动信息的析取。     

旋转检偏器移相的微分干涉显微镜

提出了一种干涉相位差与检偏器方位角成线性关系的新型微分干涉显微镜,利用相移干涉技术,可定量测量样品的表面形貌及粗糙度参数,系统的垂直和横向分辨率分别为1nm和0.5μm。     

考虑移相参数匹配的任意腔长下多表面干涉测量

传统的多表面波长调谐移相干涉法只能实现透明被测件处于固定位置下的测量,当移相值或者腔长改变时算法的有效性和求解精度没有被深入讨论和分析。为了在任意腔长下实现透明被测件各表面的同时测量,本文提出了一种可实现自适应移相匹配的加权多步采样算法。首先,基于特征多项式,介绍了一种具有移相误差和耦合误差抑制能力的加权多步相位解调技术,可以同时对被测件的3个表面进行测量;进而,基于Zernike多项式,对移相参考系数和腔长系数的任意组合下的算法求解误差进行了迭代计算和分析,为最优参数的匹配提供参考。仿真结果表明所提出的算法求解残余误差小于3×10~(-4)λ_0。此外,引入ISO-25178系列三维高度参数对算法性能进行了验证。在实验中,利用Fizeau干涉仪分别对厚度为10和5 mm的透明平板在不同腔长下进行了测量。仿真和实验的结果表明,所提出的算法可以实现任意腔长和厚度下的多表面测量,其可靠性和实用性得到了验证。     

基于空间相移技术的平面干涉仪系统设计

时域相移技术由于需要在时域采集多幅干涉图而只擅长用于静态检测。为改善测量的动态特性,现提出了基于空间相移技术的平面干涉仪系统。采用基于偏振干涉和光栅分光的单CCD成像空间相移系统设计方案,设计了具有折叠式布局特点的干涉仪光路系统,建立了系统机械结构三维模型,结构紧凑、调整方便,并运用四步相移算法进行了模拟试验后数据处理。结果表明,所设计系统能够满足动态测量要求。     

电子散斑剪切干涉相移技术的研究

在散斑干涉技术中,待测量与干涉条纹图的相位信息直接相关,因此从干涉条纹图提取相位分布信息就显得尤为重要。文中对平移沃拉斯顿棱镜相移法进行理论分析,证明平移棱镜可以引入稳定、线性的附加相位,给出了棱镜移动和附加相位的关系。利用周边固定中心加载的圆盘进行实验。给出了实验结果,证明平移棱镜相移法可以有效地从干涉条纹中定量提取位移导数信息。     

基于频域分析的抗振移相干涉测量

针对移相干涉测量中振动引起的移相误差和对比度变化,提出了一种从空间载波干涉图频谱中提取移相和对比度信息的方法。该方法通过分析载波干涉图频谱,从基带和边带中提取移相和对比度信息,运用最小二乘法补偿对比度变化并复原波前位相。最后采用构造平滑孔径函数对带有孔径的干涉图进行处理。数值仿真证明:提出的方法可以高精度检测移相量和对比度变化,能够有效补偿因对比度变化引起的位相复原误差。在频率为9Hz、幅度为0.5μm的简谐振动条件下实验验证了本文方法的实用性。结果显示:从受振动干扰的干涉图中复原平晶表面时,其复原误差PV值小于0.015波长。该方法无需硬件改动,有望为移相干涉测量应用于现场测量提供一种低成本的解决方法。     

基于遗传算法的多PID控制器参数整定

为了解决多入多出系统和采用状态控制的单入单出系统的多PID控制器参数整定困难的问题，本文提出了基于遗传算法的多PID控制器参数整定方法，该方法只需给出大概的PID参数范围即可得到控制性能最优的PID参数，本文结合实例证实了该方法的有效性。     

一种波长调制干涉仪光强实时反馈控制系统

提出了一种实时反馈控制系统,保证波长调制干涉仪的激光光强在波长调谐过程中的稳定性,以减小波长调制干涉仪因激光光强的波动产生的相位误差。该控制系统由光电探测器、数据采集卡、光电调幅器和控制软件等组成。实验结果表明,该系统的响应速度超过了干涉仪获取干涉图的速度,不仅能够稳定输出理想的光强值,而且还提高了干涉仪的测量精度。     

基于法布里-珀罗干涉仪的太赫兹波波长测试方法

太赫兹波波长的测量在其科研和实际应用中显得日益迫切和重要。阐述了由两个平行的金属网栅构成的Fabry-Perot(F-P)干涉仪测量太赫兹波波长的原理和方法,对金属网栅的参数设计原则进行了论述,从理论上分析了此方法的可行性,并根据此原理推出了计算太赫兹波线宽的公式。设计制作了测量92.9μm赫兹波的金属网栅。为太赫兹波波长测量和谱线线宽估算提供了理论参考。     

半导体双波长透射式红外干涉仪的研制及应用

采用635nm波长半导体可见光激光和10.5μm波长半导体红外激光作为干涉光源,设计了635nm和10.5μm双波段共光路透射式红外干涉仪,实现了可见光波段干涉测试与红外光波段干涉测试共光路,且双光路共用可见光对准。双波段共用机械式相移系统,并采用635nm测试光分段驻点标定10.5μm测试时相移器的长行程误差。研制的双波长红外干涉仪系统的红外测试精度达到PV优于0.05λ,RMS优于0.02λ,系统重复性RMS优于0.001λ。采用该干涉仪测试口径为400mm×400mm,离轴量为800mm的离轴非球面,得到边缘最大偏差值为21.9μm,能够实现大口径离轴非球面从粗磨到精磨高精度加工面形的全过程干涉测试。     

基于光纤Sagnac干涉仪的高精度宽谱光源平均波长测量技术

精确测量宽谱光源平均波长对研制高精度光纤陀螺具有重要意义.提出了一种高精度宽谱光源平均波长测量方法.采用全保偏Sagnac环形干涉仪实现宽谱光信号的干涉,采用微弱相位信号检测技术实现光波长信息的提取.推导出了宽谱光平均波长的数学模型,提出了光路设计方案和信号处理方案,提出了不敏感Sagnac效应的四态方波偏置调制单边解调的波长检测算法.精度分析表明该方案可以实现高精度的宽谱光源平均波长测量.设计了基于FPGA的微弱信号检测电路实现±π/2 ±3π/2四态方波偏置调制单边解调加闭环反馈算法,验证了该测量方法的可行性.