基于数字散斑剪切干涉术的三维面型测试

基于数字散斑剪切干涉术的原理, 研究了物体面型的三维测试技术。使用倾斜反射镜的方法, 使物光束散斑场偏转,再由CCD记录偏转前和后物光束的散斑场。这种方法代替了传统的使用剪切元件空间上直接获得干涉条纹图, 减少了由于剪切元件分束引起的物光束的光能损失, 实现了数字散斑剪切干涉术测量物体面型。应用MATLAB软件编程, 控制剪切散斑干涉图的精确定向平移, 得到了4个干涉图, 实现了数字四步相移, 代替了传统的在参考光中利用位相控制器的机械相移, 从而实现了物体面型的三维测试。该方法不仅省去传统剪切散斑干涉术中需要对感光胶片进行化学湿处理的过程, 也省去了压电位移器等硬件。大量的实验表明, 该方法不仅简化了测试光学系统和实验的过程, 也提高了测试精度, 其精度可达到1/10波长。     

基于数字散斑剪切干涉术的三维面型测试

基于数字散斑剪切干涉术的原理,研究了物体面型的三维测试技术。使用倾斜反射镜的方法,使物光束散斑场偏转,再由CCD记录偏转前和后物光束的散斑场。这种方法代替了传统的使用剪切元件空间上直接获得干涉条纹图,减少了由于剪切元件分束引起的物光束的光能损失,实现了数字散斑剪切干涉术测量物体面型。应用MATLAB软件编程,控制剪切散斑干涉图的精确定向平移,得到了4个干涉图,实现了数字四步相移,代替了传统的在参考光中利用位相控制器的机械相移,从而实现了物体面型的三维测试。该方法不仅省去传统剪切散斑干涉术中需要对感光胶片进行化学湿处理的过程,也省去了压电位移器等硬件。大量的实验表明,该方法不仅简化了测试光学系统和实验的过程,也提高了测试精度,其精度可达到1/10波长。     

可用于小口径光束波前检测的横向剪切干涉仪

提出了一种可用于小口径光束波面检测的横向剪切干涉仪。该干涉仪由偏振分光棱镜、光轴与其表面平行的晶体平板、1/4波片、反射镜及CCD构成。被测光束由偏振分光棱镜进行透射起偏和反射检偏,利用反射镜的反射两次经过晶体平板、1/4波片来实现剪切光束的等光程干涉。通过晶体平板剪切复制波面以获得小的剪切量,可用于小口径光束波面的检测。晶体平板的旋转可以改变剪切量,实现了不同口径不同波前的光束波面检测。对该干涉仪进行了仿真分析,得到了不同入射角情况下的剪切干涉图,仿真结果与理论分析结果相一致。实验中,旋转晶体平板得到的剪切干涉图与仿真结果相一致,很好地验证了该剪切干涉仪的有效性。     

基于偏振合束的相移雅满剪切干涉仪

相移雅满横向剪切干涉仪非常适合于达到衍射极限的光束的波面检测。为了改进现有的在两路剪切光束中直接插入起偏器的相移雅满剪切干涉仪,提出了一种基于偏振合束的相移雅满剪切干涉仪。该剪切干涉仪利用雅满平板前后表面的反射进行分束并形成两路干涉光束,两路干涉光束分别通过剪切平板后偏振合束并进行偏振移相。它保持了常规雅满剪切干涉仪的光路结构,提高了剪切干涉图的对比度,不再存在插入起偏器引入测量误差的问题。构建了改进前、后的两种相移雅满双剪切干涉仪,并进行了相应的对比实验,实验结果很好地验证了基于偏振合束的相移雅满剪切干涉仪的实用性。     

基于楔板剪切干涉的高斯光束远场发散角测量

为准确、方便地测量高斯光束远场发散角,提出了一种基于楔板剪切干涉的方法:将传统的双向剪切干涉仪进行改装,使能同时测出激光传输路径上两个不同位置处的波前曲率半径,并由曲率半径求出发散角.该方法解决了传统剪切干涉法只能定性判断光束准直状态而不能定量测量发散角的问题,实现了剪切干涉对基模高斯光束发散角的定量测量.实验测量误差和理论分析结果相符.误差分析表明影响发散角测量精度的主要因素为干涉条纹宽度测量误差.     

自参考平板剪切干涉技术的研究

平板剪切干涉技术是目前光学检测,测量及像质检验等领域中常用的干涉技术。现行的平板剪切干涉装置有两种形式:一是平行平板剪切干涉,另一类是楔形平板剪切干涉。前者利用无限宽条纹判定光束的准直性,精度受光束直径的限制较大;后者利用有限个条     

二维横向剪切干涉仪

一张剪切干涉图不足以描述一个波面.要重构一个任意形状的波面,必须用两张正交方向剪切的干涉图.本文研究了两种类型的二维横向剪切干涉仪:正交剪切棱镜型和网格光栅型.论述了用干涉图数据来重构波面的方法,并用这种方法处理了我们实验中所获得的干涉图.     

无衍射分立光子晶格

在加压光折变掺铈铌酸锶钡(SBN)晶体中观察了由无衍射分立光束所产生的光子晶格。重点实验观察了三束光干涉和六束光干涉两种情况下所产生的光子晶格,并利用远场衍射图、布里渊区光谱图和傅里叶空间频谱图比较了这两种光子晶格的相同点和区别,并且进行了理论分析。结果表明由三束光干涉产生的光子晶格更均匀稳定。另外,又分别模拟了由四光束干涉、五光束干涉、七光束干涉、八光束干涉、九光束干涉和十光束干涉这几种情况下所获得的光子晶格的传输图。     

可用于四波横向剪切干涉波前检测的随机编码混合光栅设计

提出了一种可用于四波横向剪切干涉波前检测的随机编码混合光栅。由期望得到的四波前衍射频谱出发,根据夫琅禾费衍射原理并结合光通量约束的随机编码方法得到了由振幅编码光栅和棋盘式相位光栅构成的随机编码混合光栅,与改进的哈特曼模板(MHM)相比,其衍射场中只有四个级次,更好地实现了四波横向剪切干涉。分析确定了入射光束口径、光栅栅距以及观察距离等系统参数。分别给出了随机编码混合光栅和MHM的远场衍射光场分布及四波横向剪切干涉图,对比发现随机编码混合光栅的远场衍射光场中只有四个等光强的光斑存在,其四波横向剪切干涉图稳定,可以实现任意畸变的波前检测。     

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。     

双光束、光学补偿傅里叶变换光谱仪工作模式探讨

本文推导了普适条件下输入斩波、双光束和光学补偿傅里叶变换光谱仪合成干涉图和组合补偿干涉图的一般表达式。证明从合成干涉图数学地相减获得的组合补偿干涉图,可精确计算变换光谱,消除剩余调制、两光束光谱分布不一、探测器两方向响应率不一及两分束片特征不一与吸收损耗引起的效应。本文还讨论了某些情况下可以导致实验步骤简化的近似解。上述理论证明和计算结果已为实验所证实。     

基于主元分析的随机相移散斑图分析算法

剪切散斑相移干涉术需要提取物体加载后的动态相位变化,因此提出一种基于主元分析的随机相移散斑图分析算法。该算法采用相关计算法从随机相移散斑图中获得随机相移条纹图,然后利用主元分析算法(PCA)从一组随机相移条纹图中提取动态相位分布。实验结果表明,相关计算法处理散斑图所得的随机相移条纹图具有较高信噪比,PCA提取的相位具有较高的精度和效率。该算法无需迭代计算,对随机相移条纹图的空间载波频率没有严格的要求,适合动态剪切散斑干涉测量。     

二维虚光栅移相莫尔条纹相位提取算法

目前二维干涉图所采用的相位提取算法大多以傅里叶变换法为主,而傅里叶变换法对噪声比较敏感。虚光栅移相莫尔条纹法具有较高的提取精度,而且抗噪性较好。在一维干涉图的基础上,提出了一种适用于二维干涉图相位提取的二维虚光栅移相莫尔条纹法,该方法通过构造一定相移量的二维虚光栅实现相位提取。与傅里叶变换法对比研究的仿真结果表明:对于同一幅二维干涉图,在干涉图不含噪声的情况下,傅里叶变换法与该方法的相对重构误差分别是5.52%和3.46%;在干涉图含噪声的情况下,随着噪声的增加,该方法在抗噪性方面的优势越来越明显。对二维横向剪切干涉仪零位校准装置所采集到的二维干涉图进行处理,实验结果表明,傅里叶变换法和该方法所得到的测量结果均方根值分别为0.0053λ和0.0037λ(λ=632.8 nm)。     

一种基于平板横向剪切干涉的角位移测量方法

在一种已有的角位移干涉测量技术的基础上,提出一种改进的角位移测量方法.通过选择合适的初始入射角,使从平板前后表面反射的两光束实现剪切干涉.采用一维位置探测器测量光束经透镜会聚后在探测器光敏面上的光点偏移量.根据干涉信号的相位和光点偏移量可以计算出被测物体的角位移.在该测量方案中,引入的一平面反射镜与被测物体的反射面形成光程差放大系统,提高了角位移测量灵敏度.分析了初始入射角对剪切比的影响,并讨论了基于该方案的角位移测量精度.实验结果表明,基于该技术的角位移重复测量精度达到10-8rad数量级.     

激光照明的麦克尔逊干涉仪中补偿板的作用

麦克尔逊干涉仪是一种典型的分振幅双光束干涉仪。早期曾被用于长度的测最,但很快为多光束干涉仪器所代替。激光出现后,它又被用来制成各种精密测长的仪器,广泛应用于工业和精密计量部门。近年发展起来的付里叶光谱仪中,也是使用麦克尔逊干涉装置。最简单的麦克尔逊干涉仪是由图1中的B、M_1和 M_2构成。由于光束2三次经过分束板 B,而光束1仅经过一次。因玻璃的色散,人们不可能在这样的干涉装置中观察到白光干     

干涉图空域延拓技术研究

现代干涉测试的核心是用合理的算法处理干涉图而获得所需的面形及参数。用二维FFT方法处理干涉图时,由于FFT算法只能处理数字化的离散数据,且要求数据分布区域必须是矩形区域,因此必须设法将圆形区域干涉图扩展延拓成矩形区域。在研究二维FFT法进行干涉测试基本原理的基础上,提出了一种干涉图空域迭代延拓的原理和方法,利用该方法对一幅实际干涉图进行空域延拓,取得了满意的延拓效果。结果表明,该方法具有较高的处理精度,为波面相位复原奠定了基础。     

气动流场的光学测量

超声速气流的密度涨落,附面层厚薄及冲击波扰动是影响气动激光器光束质量的重要因素。本文讨论了比较干涉法、剪切干涉法、暗视场与刀口观察法的物理原理,详细论述了它们之间的内在联系,指出它们的应用范围,同时列出了相应的测量结果并作了讨论。     

分数阶涡旋光束的轨道角动量的测量

理论分析了拓扑电荷数为分数且大小相等、符号相反的两束涡旋光束的干涉,实验研究了分数阶涡旋光束的拓扑电荷数的改变对干涉的影响。研究结果表明,采用加道威棱镜的马赫曾德尔干涉方法可以容易地分辨拓扑电荷数为0.5的整数倍涡旋光束,而其它分数阶涡旋光束的分辨则比较困难。     

棱镜全息干涉法制作二维光子晶体的研究

模拟了Top-cut棱镜全息干涉生成的各种光学晶格结构,为棱镜法制作光子晶体提供参考。用全息干涉理论分析了top-cut六棱镜多光束干涉生成的光学晶格结构,考虑了光束数目、偏振方向以及位相的不同对晶格结构的影响。改变光束数目可以生成不同周期的正六角、斜六角光学晶格;改变光束偏振特性则影响光学晶格格点的形状;改变光束初位相可以生成蜂窝状结构等。另外还模拟了top-cut五棱镜所生成的十重旋转对称光学准晶结构。并且用平面波展开法计算了六角和蜂窝结构的有机光子晶体带隙图,证明了蜂窝结构更容易产生大的光子带隙。     

减小正弦相位调制菲佐干涉仪多光束干涉影响的方法

在利用正弦相位调制菲佐干涉仪进行测量时,由于菲佐板及待测物体表面对入射光的多次反射而产生多光束干涉,干涉信号的强度随相位变化不是严格的余弦分布.按照双光束干涉的算法进行相位信息提取,会引入一定的误差.以正弦相位凋制菲佐干涉仪纳米精度微小位移测量为应用背景,分析多光束干涉情况下该干涉仪信号解调算法的误差,进而对干涉仪的相关参数进行优化,并通过误差补偿对测量结果进行修正,有效减小了多光束干涉产生的影响.