利用双光栅干涉仪进行的并行光计算

本文给出的基于干涉条纹移动的并行光计算是在光栅分光元件构成的干涉光路中完成的。光栅产生的O级和+l级衍射光经位相调制器在干涉场中相干,通过对条纹进行分析可获得输入信号的逻辑运算。文中在简述了双光栅干涉仪的工作原理后给出了并行光计算的实验结果。     

单光栅数字莫尔位移测量法

提出了一种使用单光栅测量位移的新方法,在该方法中,光栅信号经放大后由图像传感器阵列接收并被传送至计算机,然后通过与其镜像图像叠加的方式得到数字莫尔条纹,最后利用图像传感器像素的空间均匀性对莫尔条纹直接进行细分进而测得位移量。与传统的双光栅莫尔条纹位移测量法相比,该方法完全消除了光栅副层叠间隙,装调更为方便,而且细分成本更低。在阿贝比长仪上对由周期为20 m的光栅和2 0481 536像素的CMOS图像传感器构成的分辨率为0.04 m的测量系统进行测试,结果表明其最大位移误差优于0.18 m。     

光栅干涉位移测量技术发展综述

介绍了经典双光栅测量系统、非对称双级闪耀光栅测量系统、单光栅测量系统、基于2次莫尔条纹的光栅测量系统、同心圆光栅2维位移测量系统、2维光栅位移测量系统的测量原理,阐述了各系统的关键问题及不足之处。同时结合双频激光干涉仪外差干涉思想,在单光栅测量系统的基础上,提出了双波长单光栅式纳米级位移测量方法,并通过分析系统特点指出该方法能实现大量程测量、获得纳米级的精度和分辨力。在对各种测量方法进行综合比较之后,总结了光栅测量的关键问题,并展望了光栅干涉位移测量的未来发展方向。     

新型三维位移场测试理论及系统研究

研究建立了可同时进行三维位移场测试的新型光测力学实验系统。平面位移测试基于云纹干涉方法．但采用与普通云纹干涉不同的光路系统，利用试件光栅和平面反射镜组形成的两次衍射，使平面位移干涉条纹倍增。测量灵敏度是普通云纹干涉的2倍。采用泰曼／格林干涉光路测量离面位移。整个系统具有构造新颖、便于调节、位移场条纹对比度高等特点。用波前干涉理论。建立了位移条纹方程式．与由多普勒频移原理建立的位移条纹方程式取得了一致的表达结果。通过微电子器件三维热变形的测量，对系统进行了验证。     

一种新的光栅微位移测量方法的研究

为了实现光栅莫尔条纹的精确计数和微位移的高精度测量,提出了一种新的莫尔条纹精确计数算法.当光栅移动时,通过CCD摄像器件将莫尔条纹转换为动态光电信号,即随时间变换的正弦信号.利用条纹周期性的能量分布曲线,对移动的莫尔条纹进行精确计数和判向,通过使用Matlab软件编辑界面,直观的显示光栅莫尔条纹移动个数及光栅微小位移.通过对莫尔条纹精确计数达到了对微小位移测量.实验结果表明,测量精度可以达到1μm.     

一种对称式双光栅干涉位移测量系统的研制

作为纳米位移测量技术领域的关键解决方案之一,干涉型光栅位移测量系统具有高精度、高分辨率、小体积的特点。干涉型光栅位移测量系统中采用的干涉光来自光栅的衍射,所以系统对光栅的偏摆角度较为敏感,装调难度大。为此,研制了一种对称式双光栅干涉位移测量系统,基于光学多普勒频移效应和圆偏振光干涉等原理实现高精度位移测量,系统对位公差小,装调简便。性能测试结果表明,该系统的实测分辨率为0.8nm,重复性为1.4nm;在1~14.5μm的位移范围内校正前系统测量精度为15.4nm,采用系统运动轨迹误差校正后精度为5.5nm,进一步采用周期性误差校正后精度达到1.4nm。     

基于激光光栅载波技术的微位移测量方法

为了提高微位移测量精度,提出一种基于激光光栅载波技术的微位移测量方法.首先根据分析旋光原理采集尺寸与偏振光沿光轴的厚度比,根据琼斯矩阵计算微位移与位移方向,然后根据激光光栅干涉条纹图计算光强,计算弯曲条纹和光栅条纹进行相位解调,获得待测量物微位移变形相位,最后根据解调出相位值得到微位移.实验证明,本方法获得了高精度微位...     

侧面抽运板条激光介质动态热畸变测量方法

研究了基于干涉测量激光介质热畸变的原理,利用CCD摄像机记录干涉条纹并通过计算机图像处理,来测量板条激光介质动态热畸变的方法。对采集得到的干涉条纹进行图像处理,提出了一种简单快速提取条纹中心的算法。通过分析、计算干涉条纹的移动,得到抽运过程中板条激光介质的动态热畸变情况,为动态补偿激光介质热效应提供了可能。实验采用了N31磷酸盐激光玻璃作样品,得到了加热过程中激光玻璃内部的温度分布,误差约为3%,验证了该测量方法的可行性。     

激光自混合干涉式位移测量数值模拟及实验研究

对激光自混合干涉式位移测量原理进行了数值模拟和实验研究。首先，从三镜法布里珀罗腔理论出发，得到了基于半导体激光自混合干涉原理的位移测量模型，在此基础上对多种波形调制外反射体位移情况下激光自混合干涉信号进行了理论分析，证实信号倾斜方向发生反转的间隔条纹数目对应反射体位移的幅值范围；反射体有半个波长的位移，信号即输出一个完整的条纹；反馈强度的增加将增大输出条纹的倾斜。对信号倾斜现象进一步分析发现，当反射体位移减小时，信号向左倾斜，反之向右。造成信号倾斜的原因是由于高反馈强度下引起的非线性相位调制了输出信号强度。这些结论同样适用于任意波形调制的反射体位移。实验测试结果同理论分析吻合较好。     

基于直接相位解调的双光纤法布里-珀罗位移传感器

条纹计数法解调精度受限,而常用的高精度外差调频解调法(如相位生成载波法、线性调频法),在光源调频过程中伴生有幅度调制并且调制解调系统复杂。提出了一种基于双光纤光路相位解调的法布里-珀罗(F-P)位移传感器,原理上省去了光源调频过程,在提高检测精度的同时,成本与条纹计数法相当。与已有报道的双光路结构不同的是,该传感器对两干涉光路之间相位差无严格要求,安装调节简单,降低了传感器的工艺难度。位移测量实验结果表明,该传感器在0～500μm的测量范围内,线性度为1.1%,误差限值为±3μm。     

光刻对准中掩模光栅标记成像标定方法

双光栅叠栅条纹对准方法具有精度高、可靠性强等特点,适用于接近接触式光刻。为了实现高精度测量,实际应用中要求掩模光栅标记与硅片光栅标记高度平行。掩模光栅标记在CCD中成像通常存在一定的倾斜角。由此,在已提出的相位斜率倾斜条纹标定方法上,提出了一种改进方法。该方法充分利用掩模光栅45°和135°两个方向的相位信息标定CCD的成像位置,以实现掩模光栅条纹的标定。对比两种方法分析表明,改进后的方法具有倾角测量范围大、抗噪性强、精度高等优点,理论极限精度优于0.001°量级。     

一种基于Abel变换的温度场重建方法

光学干涉测量通常以干涉条纹的形式显示被测对像的信息,如何从干涉条纹中获得被测流场的投影数据是重建流场的首要问题;本文提出获取流场折射率投影数据的一种方法,该方法是根据干涉条纹位移量和折射率的Abel变换关系式,将被测流场分割成不等间距的若干个圆环,使得在每一个分割间距内恰出现一条条纹,则条纹密集处获得数据点多,保证了重建的精度;通过计算机模拟验证了该方法不仅简单易行,而且获取的折射率分布的精度高;最后将该方法应用到轴对称温度场中,由折射率重建了三维温度分布。     

基于平面反射式全息光栅的激光自混合纳米位移测量研究

纳米位移测量技术是实现高精度纳米制造的基础。激光自混合干涉为精密纳米位移测量提供了一种结构简便、成本低廉,同时测量精度可达纳米量级的精密位移测量方法。区别于传统基于反射镜或散射面为反馈元件的激光自混合干涉测量方案,研究了一种基于平面反射式全息光栅的激光自混合纳米位移测量方法,该方法的位移测量结果以光栅的周期为基准。实验测得了在弱反馈强度条件下的光栅自混合干涉信号,通过阈值设定的方法确定位移方向的反转点,结合反余弦的相位解包裹算法处理光栅自混合信号,获得了对应的位移测量值。最终采用商用激光干涉仪与自组装的光栅自混合干涉仪进行位移测量数据的比对测量,实验结果表明,经过线性修正后,其位移误差不超过0.241%。     

基于EPM7128的光栅位移测量仪设计

分析了基于Altera公司CPLD(复杂可编程逻辑器件)芯片EPM7128SLC84-15进行光栅位移测量的基本原理,以及硬件电路的各个模块——数字滤波、四倍频细分、辨向、计数电路的设计原理和具体电路,给出了CPLD设计的仿真结果,实验结果表明该设计行之有效,该测量仪已经成功应用于某型号的光栅传感器位移测量系统中。与其他设计相比较,该设计电路简单、成本较低、易于升级,并能实现较高的位移测量精度。     

透明细圆柱体的干涉研究及应用

通过对透明细圆柱体的干涉进行理论计算，得出了其干涉条纹的光强分布。分析了折射率等因素变化对条纹位置及光强分布的影响，据此提出了利用细圆柱体的干涉测量温度及其变化的方法。并通过实验，获得了与计算结果相符的光纤干涉条纹。     

一种针对使用背照减薄型CCD器件色散型成像光谱仪的星上光谱定标方法

使用背照减薄型CCD器件的色散型成像光谱仪在近红外波段会出现呈条带状干涉条纹现象,该干涉条纹对入射光波长分布敏感,空间频率稳定,特别适用于微小光谱偏差的测量与校准.针对一台光栅色散型推扫式成像光谱仪样机,先估计出条纹分布的规律,再以此为基础,采用频域滤波、最小二乘拟合等方法提取干涉条纹中包含的相位信息,以此作为光谱定标的辅助参数.实验表明,当入射光强变化达到130％以上时,拟合谱线位置的不确定度最大为0.007 3 nm,模拟光谱位置改变后,以汞灯谱线作为基准光谱位置曲线,测得拟合算法的最大误差为0.135 8 nm,该结果证明,干涉条纹拟合定标方法可有效减少定标系统对光源稳定性的依赖,提高对光谱维微小偏移量的检测精度.     

基于楔形腔结构的光纤光栅位移传感器

提出一 种基于楔形腔结构的光纤光栅(FBG)位移传感器设计方法,制作了具有结构简单、体积小、 测量精度可调节和抗 电磁干扰等优点的FBG位移传感器。通过对制作的FBG位移传感器进行标定实验,得出传感 器的灵 敏度系数为13.77pm/mm,相关系数达到了0.99,线性度良好。在钢筋混凝土柱双向偏心 受压试验中,与电类位移计的测量结果对比表明,本文制作的FBG位移传感器测量结果准 确,实用性强,适用于工程结构长期的位移监测。     

计算全息法产生涡旋光束的实验

基于计算全息法,通过计算和模拟得到了涡旋光束与平面光束干涉所产生的位错条纹,用胶片记录位错条纹并制作成位错光栅,在自行设计搭建的光路中进行实验获得1~4 阶的涡旋光束。实验结果表明,各阶涡旋光束的空心半径随着阶数的增大而逐渐增大,与理论分析相符合;实验进一步观察到各阶光栅的二级甚至三级衍射光束,当入射光束中心与光栅位错中心重合时,能够产生光强分布对称的涡旋光束,当光束中心和光栅中心不重合时,产生的涡旋光束的光强分布不对称。这为后续以涡旋光束为捕获光束的光镊实验的进一步拓展及应用提供了理论和技术支持。