径向剪切干涉测量激光光束波前的研究

详细论述了环路径向剪切干涉（cyclic raial shearing interferometry,CRSI）测量激光光束波前的原理,介绍了傅立叶变换空间载波条纹相位提取方法,以及畸变波前的重建算法,给出了数值仿真结果,并且进行了实验研究,验证了该方法的有效性.     

大功率晶体三极管温度场的激光全息干涉测量

采用激光全息干涉测量技术测量了轴对称型大功率晶体三极管温度场的全息干涉图;利用MATLAB数字图像处理工具箱对干涉条纹做了判读,并分别运用Abel法和小波变换法重建温度场。测量结果表明,温度场的空间分辨率为0．051cm,误差小于4．8％。     

基于双频横向剪切干涉系统的三维形貌测量

近年来,结构光投影三维成像技术被广泛地应用至各个领域。该技术通常采用投影仪投影条纹,导致投影条纹的空间周期和精度有限,且在测量微小视场时会存在条纹强度不均匀、条纹焦面景深不够等问题。为解决该类问题,基于剪切干涉条纹的高空间分辨率优势,提出了一种利用横向剪切干涉条纹测量物体三维形貌的系统和方法。该系统利用激光波前以不同角度入射平行平板会产生不同频率干涉条纹这一性质,旋转平行平板改变剪切干涉条纹频率,利用低频条纹指导展开高频条纹相位。同时利用干涉条纹的入射角度与形变量内在联系,通过几何关系获得相位与高度的映射关系,以达到重建物体三维形貌信息的目的。实验验证了该系统及方法的可行性,证明了其对测量微小物体或视场有着明显的应用价值。     

激光剪切干涉三维形貌测量

针对物体表面的三维形貌测量问题,提出了一种基于激光剪切干涉条纹的三维形貌测量方法。该方法利用激光剪切干涉原理产生密集的干涉条纹,将干涉条纹阵列照射到待测表面。利用四步相移法和解包裹算法求解被测物体表面的连续相位,进而获取曲面表面高度信息,最后建立被测物体三维形貌。本文对楔形薄片和木块进行了测试,初步实验结果证明了该方法原理的可行性。该方法可以与显微镜相配合,进一步发展可用来测量微结构3D形貌,在微测量领域具有很大的应用前景。     

恢复横向剪切干涉原始波面的新方法

介绍了一种由横向剪切干涉信号（相位差、光程差或高度差）恢复原始波面（相使差、光程差或高度差）的新方法。在理想情况下，利用离散傅里叶变换及其性质，能精确恢复原始波面。使用该方法不仅在理论上可以深入地研究横向剪切干涉的性质，它的灵敏度和误差传递，以寻求最佳剪切量、最佳工作条件，发挥横向剪切干涉特有的长处；而且在某些实际的横向剪切干涉仪数据处理中，也显示了良好的应用前景。     

强激光光束像传递测量系统离焦量干涉法测量

在强激光波前测量像传递系统中,4-f光传输系统透镜之间装调过程产生的离焦量引入了一个相位调制。首先从实验上测量了像平面处波面横向剪切干涉图样,利用矩阵光学和Collins衍射公式推导出了离焦量和激光波面横向剪切干涉条纹之间的理论关系,并得到了在无离焦情况下激光传输的空域和频域方程。对实验测量得到的干涉条纹空间灰度曲线利用最小二乘法进行了余弦曲线拟合,得到干涉条纹空间尺度,利用理论关系计算得到了离焦量的数值,实现了对像传递系统装调过程的定量描述。     

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.     

激光剪切干涉用于在线表面测量的特性分析

为探讨和证明双折射晶体激光剪切干涉仪用于在线表面精密测量的可能性,推导了该干涉仪中光传输和实现表面测量的模型,分析了其抗振特性,模拟了相当的振动条件对其抗振特性进行实验测试.分析和实验证明了该干涉仪具有良好的抗振能力,适合应用于在线表面精密测量.     

十三步光栅横向剪切干涉相位复原算法

光栅横向剪切干涉仪能够实现超高精度检测光学系统的波像差,是当前光刻镜头研发的重要组成内容之一。零级串扰和相移误差是影响光栅剪切干涉仪检测精度的两个主要因素,为此,提出了一种十三步光栅剪切干涉相位复原算法,在消除零级串扰的同时,还能够极大地降低对相移误差的苛刻要求。分析表明,当相移误差不大于25°时,相位复原误差小于0.01°(即2.8×10-5λ)。对于λ=193.386nm,相位复原误差小于0.005nm。因此,通过系统误差校正,光栅剪切干涉仪检测光刻镜头系统波像差的精度能够达到亚纳米级。     

横向剪切干涉中非共光路误差的识别与补偿

由于相移式横向剪切干涉不需要标准参考波面,因此它可以缩小干涉腔长、甚至实现绝对的共光路干涉,从而最大程度上降低了空气扰动和振动的影响,但实验室设计的相移式横向剪切干涉测量装置中的分束棱镜、剪切平板和五棱镜的制造误差仍然造成了发生错位的两波面间产生非共光路误差。通过剪切干涉测量装置中调整误差和非共光路误差的对比分析,提出了非共光路误差的计算方法,并在测试结果中进行非共光路误差的补偿。实验结果发现补偿非共光路误差后的面形误差与ZYGO干涉仪的测量结果非常接近。     

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。     

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.     

横向剪切最小二乘相位解包裹算法的改进

对存在欠采样的包裹相位进行解包裹一直是一个难点,尽管横向剪切最小二乘相位解包裹算法有不错的抗欠采样能力,但当存在严重欠采样时,该算法还是不能得到令人满意的结果。针对这个问题作了分析,并通过引入二次剪切的方法改进了横向剪切最小二乘相位解包裹算法,通过模拟计算和实验验证,证明改进后的算法是正确和有效的,该算法可以保证当包裹相位二阶离散导数的绝对值不大于π时能得到正确的解包裹结果。     

剪切量选择对剪切干涉降噪的影响

在全息干涉计量法获得的干涉光场相位中不同程度地存在散斑噪声,为顺利完成相位解包裹,降噪处理是必要的。通过剪切将噪声从光场中分离出来是一种有效方法,但剪切量的选择对去噪的影响还需要研究。通过理论分析、模拟计算和实验验证发现:剪切量会影响理想剪切光场相位与含噪声剪切光场相位之间的线性相关性,继而改变降噪难度;选取合适的剪切量可以使该线性相关系数达到最大,从而获得最佳的降噪效果。     

数字全息技术在温度场测量中的应用

温度的微小变化必然会引起空气折射率的微小变化,进而影响通过该区域光的相位。采用迈克耳孙干涉仪与数字全息技术相结合的技术方案,实现对温度场分布的测量。借助数字视频技术,该技术架构可直接推广用于测量透明介质的流场分布及变化过程,如气流或水流中的密度分布以及变化过程等。     

脉冲激光辐照生物组织温度场实时测量研究

针对激光与生物组织热效应研究中的温度场实时测量难题,分析了光纤F P温度传感器的工作原理,讨论了Fabry Perot(F P)腔的温度传感模型,设计、搭建了一种用于温度场测量的低细度光纤F P传感系统,基于该传感系统建立了激光辐照生物组织温度场的实时测量系统,实验研究了脉冲激光辐照下生物组织表皮距离激光源不同地方的温度分布。结果表明,该传感系统能有效实现生物组织温度场实时测量,体积小,外径仅为250 μm,对生物组织创伤小,温度响应时间小于1 s,反应较快,能满足实际需求。传感器距离激光源越远,探测到的组织温升越低,传感系统响应时间越长。     

超半口径补偿剪切干涉法测量脉冲激光波面半径

针对当前对脉冲激光波面半径测量缺乏有效的测试方法，提出了集大错位与等光程于一体的四平板剪切干涉法，达到对脉冲激光波面半径的高精度测量。Ｒ值在３０～１０００ｍ的范围内，测量误差小于±５％