基于泰伯-莫尔效应的滚转角测量方法及其图像处理

针对同一物体首尾或不同位置的滚转角测量,提出了一种基于泰伯-莫尔效应的测量方法,其主要原理是利用Ronchi光栅形成的泰伯像与第2块Ronchi光栅形成莫尔条纹,两个光栅的夹角即为滚转角,泰伯-莫尔条纹的宽度和倾角会随滚转角的变化而变化,通过对泰伯-莫尔条纹宽度和倾角的计算可获得光栅副滚转角的大小.基于以上方法,建立了一种滚转角测量系统,并对条纹图像进行处理与分析.理论分析和实验结果表明该方法可以实现±5 400 arcsec范围内滚转角的测量,并且最小分辨力为0.78 arcsec.     

空间引力波望远镜内部光场计算方法研究

在空间引力波探测系统中,望远镜系统出瞳处的复振幅光场分布仿真准确性密切影响着干涉测量的准确性和TTL噪声控制分析有效性,因此对其内部光场传输进行高精度衍射仿真计算十分必要。本文论证了采用基于矢量光线追迹的衍射积分算法建立仿真算法的必要性,结合离轴无焦四反望远镜模型进行了算法流程说明。基于该算法建立了仿真程序,带入望远镜系统设计参数,进行了波前计算精度的验证,并展示了矢量光场仿真计算结果。基于该系统模型,对输入高斯光场参数、元件表面复折射率两个因素对输出光场矢量特性带来的影响进行了仿真讨论。     

应用光栅自成像的编码器莫尔条纹信号提取

为解决高密度圆光栅的工程应用难题,应用光栅自成像原理,用较大的光栅副间隙获得了高质量的莫尔条纹信号.文中用傅里叶光学理论分析了单色平面波照明下的双光栅菲涅耳衍射场,建立了双光栅菲涅耳衍射场光强分布的数学模型,并用MATLAB软件对光栅菲涅耳衍射像光强分布和莫尔条纹信号进行了数值仿真,分析了各种参数对莫尔条纹信号的影响,最后通过信号提取实验对理论分析进行了验证.     

基于计算全息的无衍射光莫尔条纹三自由度测量方法研究

针对工作台运动误差,提出了一种基于计算全息的无衍射光莫尔条纹三自由度测量方法。通过液晶空间光调制器(SLM)生成无衍射光,利用两束无衍射光干涉生成莫尔条纹。设计了无衍射光莫尔条纹三自由度测量光路,建立了三自由度运动误差数学模型,并用几何分析法将三种运动误差(偏摆角、滚转角和俯仰角)进行分离。利用旋转台模拟不同大小的三自由度运动误差,带有误差信息的无衍射光和莫尔条纹图案分别由CCD1和CCD2接收。实验结果表明,通过光斑中心偏移量计算出的实际运动误差值接近理论值,测量误差不超过0.0104°,验证了无衍射光莫尔条纹三自由度测量系统的可行性与正确性。     

结构光深度获取系统校准方法

针对基于相位调制的结构光用于深度获取时,投影系统、图像采集系统光瞳中心不等高而引入测量误差,提出一种测量系统校准方法。该方法以N帧正交光栅像与一立方体物体为辅助,根据光场中立方体边缘的阴影位置及其表面光栅栅线变形情况实现系统的粗校准;通过计算立方体深度在光场水平方向引起的相位变化量,指导系统的精校准。该方法可为基于结构光的深度获取装置校准提供理论指导,为非经验装调工作者提供技术支持,实验数据论证了该方法的有效性。     

纳米光刻中莫尔对准模型与应用

在纳米光刻中,采用周期相差不大的两光栅分别作为掩模和硅片上的对准标记.当对准光路通过这两个标记光栅时受到两次调制,发生双光栅衍射及衍射光的干涉等复杂现象,最后形成有规律、且呈一定周期分布的莫尔条纹.周期相对光栅周期被大幅度放大,条纹移动可表征两标记的相对位移,具有很高探测灵敏度,可用于纳米级高精度对准.从傅里叶光学角度分析推导了对准应用中,两频率接近的光栅重叠时莫尔条纹振幅空间近似分布规律.并设计了一组对准标记,能继续将灵敏度提高一倍.通过仿真分析,从大致上定量地验证条纹复振幅分布的近似数学模型以及光刻对准应用中的条纹对准过程.     

SMS光纤结构特性的数值模拟分析

采用光束传播法(BPM),对单模-多模-单模(SMS)光纤结构内部传输光场分布情况,进行数值模拟;分析了SMS光纤结构中不同的多模光纤长度,多模光纤纤芯直径和输入光波长对光纤结构内部传输光场分布情况的影响,以及所得透射谱的变化规律;进一步探讨了基于多模干涉理论的SMS光纤结构传感器在各传感领域的应用潜力.最后,以基于多模干涉理论的SMS光纤结构折射率传感器为例,分析了多模光纤纤芯外界折射率的改变对光纤结构输出透射谱的影响,并进行实验加以验证.实验结果与仿真模拟结论一致,从而验证了模拟的准确性.     

无衍射光莫尔条纹空间直线度测量的原理与实验

提出用无衍射光和莫尔条纹进行空间直线度测量的技术。无衍射光用作直线基准并照射在一环光栅上，由于无衍射光斑也是一系列环状条纹，因此光栅上将发生莫尔条纹，光栅固定在移动物体上，若运动轨迹偏离无衍射光的中心线，莫尔环就将发生偏离，莫尔环的偏离量数倍于光栅的偏离量，由此产生一放大的二维直线度信号，图像处理技术用于计算机莫尔环的中心，理论和实验表明，该方法具有高灵敏度和抗激光漂移的优点。     

接近式光刻图形失真的部分相干光理论分析

光刻过程中由于光的衍射效应产生的非线性畸变对光刻面形质量具有严重影响,是造成光刻微结构图形失真的主要原因之一,为此,研究了接近式紫外光刻中部分相干光的传播过程,建立了相应的光刻理论模型,对光刻成像中的误差产生机理进行分析．该模型综合考虑光源和照明系统对掩模微结构附近光场相干性的影响,将光刻模拟分为3部分．首先根据VanCittert-Zernike定理确定了光源经扩束准直系统传播到蝇眼透镜入射面时光场上任2点的互强度．然后应用部分相干光的传播理论,由Hopkins公式得到部分相干光经蝇眼透镜传播到掩模平面后其上任一点对的复相干度的分布规律．最后根据互强度传播定律,分析从掩模面到光刻胶表面的衍射效应,得到光刻胶表面的光强分布及变化规律,并且通过误差的仿真分析模拟得到光刻胶图形轮廓．结果表明,理论模拟结果与实验较为吻合．该方法能准确地得到衍射光场的分布,进行光刻误差分析,从而能较好地发现曝光图形缺陷．     

纳米光刻中奠尔对准模型与应用

在纳米光刻中,采用周期相差不大的两光栅分别作为掩模和硅片上的对准标记。当对准光路通过这两个标记光栅时受到两次调制,发生双光栅衍射及衍射光的干涉等复杂现象,最后形成有规律、且呈一定周期分布的莫尔条纹。周期相对光栅周期被大幅度放大,条纹移动可表征两标记的相对位移,具有很高探测灵敏度,可用于纳米级高精度对准。从傅里叶光学角度分析推导了对准应用中,两频率接近的光栅重叠时莫尔条纹振幅空间近似分布规律。并设计了一组对准标记,能继续将灵敏度提高一倍。通过仿真分析,从大致上定量地验证条纹复振幅分布的近似数学模型以及光刻对准应用中的条纹对准过程。