高精度、全保偏的马赫——曾特尔光纤干涉仪

在传统干涉仪的基础上,利用保偏光纤传输,λ/4波片、透镜、全反射镜组成探头,具有特殊参数的全保偏光纤耦合器耦合的高精度光纤干涉仪,对参考光与信号光进行差动放大,经数据处理所进行的微小位移的测量结果可达10~(-3)μm。     

光纤迈克尔逊干涉仪的理论与应用分析

介绍了光纤传感器,特别是干涉式光纤传感技术的优点。给出了光纤Michelson干涉仪系统的结构。重点给出了光纤Michelson干涉仪系统中信号光与参考光干涉原理以及影响干涉光强因素的理论分析。详细阐述了单模光纤偏振控制器结构、工作原理以及其对光纤Michelson干涉仪系统传感臂偏振态的控制。最后,给出了光纤Michelson干涉仪系统的应用分析。     

高精度、全保偏的马赫—曾特洋光纤干涉仪

在传统干涉仪的基础上，利用保偏光纤传输，λ／4波片、透镜、全反射镜组成探头，具有特殊参数的全保偏光纤耦合顺耦合的高精度光纤干涉仪，对参考光与信号进行差动放大，经数据处理所进行的微小位移的测量结果可达10^-3μm。     

光纤干涉绝对测距技术

提出一种利用短扫描导轨实现１ｍ以上绝对距离测量的光纤干涉测距新方法：测系统由定位干涉仪和扫描干涉仪组成,定位干涉仪采用准光光源实现测量中的定位瞄准,扫描干涉仪完成距离的测量。     

用于位相缺陷检测的反射式剪切点衍射干涉仪

为了实现光学元件位相缺陷的大视场、高分辨率、瞬态检测,设计了一种基于无镜成像算法的反射式剪切点衍射干涉仪。该干涉仪通过在参考光与测试光之间引入横向错位量,形成高密度线性载频,利用快速傅里叶变换算法从单幅干涉图中提取待测波面信息,实现缺陷的瞬态测量。利用无镜成像算法抑制了缺陷的衍射效应,总结了有效的缺陷类型辨别方法。实验检测了强激光系统中的一块光学平晶,验证了所提缺陷类型判据的正确性。此外,采用反射式剪切点衍射干涉仪对一块激光毁伤的光学平板进行检测,测试结果与Veeco NT9100白光干涉仪测量结果相比,相对误差为2.1%。结果表明,该干涉仪能够有效应用于检测大口径光学元件的位相缺陷。     

光纤傅里叶变换光谱术在光纤光栅传感解调中的应用

介绍了光纤Mach-Zehnder干涉仪的基本原理和光纤傅里叶变换光谱仪(FFTS)的结构;基于光纤Mach-Zehnder干涉仪,采用傅里叶变换光谱算法对光纤Bragg光栅传感器的波长进行了解调。宽带光源发出的光经过光纤耦合器进入光纤Bragg光栅,其反射光由耦合器返回进入到FFTS中进行测量,FFTS的最高光谱分辨率达到0.05 cm-1,即在近红外1 550 nm波长处分辨率为0.012 nm。分别对光纤Bragg光栅的应变特性和温度特性进行了测量。测量显示:光纤Bragg光栅的应变灵敏度为0.833 pm/με,温度灵敏度为19.78 pm/℃。得到的结果表明FFTS系统具有高分辨率、大测量范围的特点,可满足光纤Bragg光栅传感器波长解调的需求。     

楔块调整式Talbot干涉仪的光学设计

为改变光纤光栅的写入Bragg波长,研制了包括一块相位模板和两块紫外反射平面镜的楔块调整式Talbot干涉仪。在写入光纤Bragg光栅的过程中,通过调整两平面镜的反射角度可改变由±1级衍射光束经两平面镜反射后形成的干涉条纹的周期。最后,放置在可调谐干涉区的光纤就可刻写成具有不同写入Bragg波长的光纤光栅。值得注意的是通过选择不同倾斜角α的楔形块,决定了光纤光栅的写入Bragg波长的改变率和干涉条纹棱脊位置的位移率。     

基于双通道M-Z干涉仪的FBG光开关研究

为降低电光开光的插入损耗并提高性能,提出了一种基于双通道可调谐马赫-曾德(M-Z)干涉仪制作的光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,简称FBG)光开关,通过改变干涉仪中的可调电动光纤延迟线的延迟时间,实现滤波谱周期的可调谐。通过改变干涉仪其中一臂的延迟时间设定,该光开关能够实现对设定波长光波的开关功能。对光纤M-Z干涉滤波原理进行了理论分析,使用C波段宽带放大自发辐射光源对双通道可调M-Z干涉仪的性能进行了测试。结果表明,其可实现大范围及高精度的滤波调节功能。对基于双通道可调谐马赫-曾德干涉仪制作的FBG光开关,通过FBG开关性能检测系统实验,得到该光开关在波长为1 550nm处的输出光谱,光开关的消光比达到25dB。结果表明,该光开关能够实现大范围高精度滤波功能,具有高消光比、结构简单和易于调节等优点。     

基于LabVIEW的光纤傅里叶变换光谱仪数据处理技术

为了提高编程效率与增强光谱仪数据分析处理能力,结合LabVIEW软件在信号处理方面的优势,利用虚拟仪器技术实现了光纤傅里叶变换光谱仪干涉图处理与光谱复原。采用均匀抽样算法,利用由光纤Mach-Zehnder干涉仪输出的参考光干涉图过零点取样,实现对测试光干涉图的等光程间隔采样,消除了由压电陶瓷非线性光程调制引起的误差。采用求摸法复原出光谱图,自动消除了相位误差。利用LabVIEW软件完成了对宽带ASE光源的干涉图数据采集、显示与处理并最终得到光谱图。结果表明,与光栅光谱仪测得的光谱相比,光谱线型趋于一致。     

基于瞳面干涉的自参考干涉仪的研制EI北大核心CSCD

为了用更简单的光学器件使对准标记产生的衍射光实现重叠干涉,同时能够降低对准系统的加工和装调难度,设计了基于瞳面干涉的自参考干涉仪系统。首先,对当前光刻机所使用的对准技术展开研究,以光栅衍射原理和偏振光学为理论基础,提出了用Koster棱镜作为合光器件的自参考干涉仪,最后使用线阵CCD收集信号并将数据用计算机做后续的位置信息处理。由于自参考干涉仪测量系统是以光栅的栅距作为测量基准,而不是使用激光波长,故测量系统受环境因素造成的测量误差影响较小。实验结果表明:系统分辨率为0.2 nm,使得该系统可以达到纳米级分辨率。证明了所设计的干涉仪可用于目前前道光刻机的对准系统,实现纳米级精度的对准测量,从而使光刻设备的套刻精度满足最新工艺节点的要求。     

台式快速成型装置的光学系统研究与开发

快速成型技术是光学、电子、材料、计算机等多学科集成的高新技术。研制的台式快速成型装置具有体积小、成本低的特点,其制造成本及运行成本仅为同类国外产品的1/10～1/20。论文主要论述了该装置的光学系统设计过程。在首先确定光学系统设计准则的基础上,通过几种类型的光源比较,选择性价比高的紫外灯,并实现了计算机对紫外灯的自动控制,如光的开启、关闭、能量调节等。该光学系统采用椭球镜及圆锥面透镜等使光束聚焦耦合入光纤,在锥度光纤输出端,光束经扩束、准直、聚焦、滤除杂散光后照射在液面处,由计算机控制的工作台带动光纤,实现零件的自动加工。设计的光学系统成本低,光束质量高,性能稳定。     

传统光学显微镜与近场光学显微镜

近场光学显微镜是对于常规光学显微镜的革命。它不用光学透镜成像 ,而用探针的针尖在样品表面上方扫描获得样品表面的信息。分析了传统光学显微镜与近场光学显微镜成像原理的物理本质和两种显微镜系统结构的异同点。介绍了光纤探针的制作方法。重点讨论了近场探测原理、光学隧道效应及非辐射场的性质     

纳米级针孔矢量衍射波前误差分析

应用哈特曼-夏克(H-S)波前检测仪检测大数值孔径(NA)透镜时,需要采用纳米级针孔产生参考球面波前对H-S传感器进行标定.为了制作出满足要求的高质量针孔,本文对影响参考波前质量的各种要素进行了仿真计算和分析,以获得最优针孔加工参数.基于矢量衍射理论,在会聚高斯光束照射下,计算了针孔厚度和直径大小对衍射波前误差的影响,衍射波前中的像差成份、能量透过率、强度均匀性、针孔加工误差及光束相对针孔中心发生平移、离焦、倾斜时衍射波前误差的变化.分析计算显示,在NA为0.6时,为了使相对于理想球面波的波峰波谷值(P-V)偏差不大于0.005λ(λ=193 nm),在实际针孔的加工制作中,应选取材料铬,并取厚度200 nm,直径180 nm为适宜.     

高效平面全息衍射光栅的获取方法

从全息衍射光栅的制作原理出发,介绍了全息光栅的主要制作方法,并与刻划光栅对比分析了全息衍射光栅的诸多优点。通过利用光栅设计的耦合波理论对全息衍射光栅槽型、槽深及槽间距等进行了优化设计,同时利用离子束刻蚀技术获得了高效率全息光栅。文中全面分析了制作高效率平面全息光栅的各项关键技术。     

长周期光纤光栅及其在通信传感领域的新应用

长周期光纤光栅是一种新型光纤器件。介绍了长周期光纤光栅的耦合机理、制备方法以及应用。其耦合机理是前向传输的纤芯基模与前向传输的各阶包层模式之间的耦合。制备原理是对光纤横向曝光,使光纤的折射率指数在轴向发生周期性变化。阐明了长周期光纤光栅用于带通滤波、光上下路复用、光纤光源、光纤耦合、偏振器件、新型传感等新技术领域的思路,给出了具体实现方法。并通过与其他方案对比,说明了基于长周期光纤光栅器件的优点,肯定了长周期光纤光栅在通信传感领域的价值。     

表面微观轮廓的高分辨率光学测量方法

较全面地介绍了用于表面微观轮廓测量的几种高分辨率甚至可达亚纳米的光学测量方法及其最新进展.文中重点描述了以扫描共焦显微检测法、离焦误差检测法为代表的光触针法,以TOPO轮廓仪、Nomarski显微镜、外差干涉轮廓仪、双焦干涉轮廓仪和同轴干涉轮廓仪为代表的干涉测量法和以扫描近场光学显微镜及光子扫描隧道显微镜为代表的近场光学法三种适用于表面微观轮廓测量的光学测量方法,分别介绍了其工作原理、特性、发展现状及存在问题,通过对这些方法的对比和总结,阐述了表面微观轮廓纳米级光学测量的发展趋势.     

椭偏光学显微成像系统中的图像采集及处理技术

椭偏光学显微成像是近几年发展起来的一种超薄膜及表面结构显示技术,它不仅为分子生物学、生物医学(尤其是分子生物医学)及分子生物材料学等领域提供了一种新的研究手段,而且在临床疾病诊断、微电子器件及纳米材料检测等方面具有潜在的应用前景.本文针对椭偏光学显微成像系统及其成像(简称“椭偏成像”)特点,提出了扩展图像量化等级法、快速采样—时间积分法和多采样点平均法以改善椭偏成像质量和样品表面定量分析的可靠性,并给出理论分析及实验结果.这些图像采集和图像处理技术在椭偏光学显微成像系统中行之有效,同时也适用于类似的图像处理系统.     

散射法表面粗糙度测量

介绍了标量和矢量两种散射理论，并用软X射线反射率对超光滑表面进行散射测量，同时应用这两种理论计算了超光滑表面粗度均方根值，从计算结果来看，两种理论所得结果与WYKO测量结果吻合较好。     

使用红外干涉仪测量非球面面形

提出用红外干涉仪在长波工作(λ=10.6μm)的优点检测非球面面形。首先,通过移相算法,使用泰曼型红外干涉仪测量出非球面与标准拟合球面之间的波像差;然后,根据非球面的矢高方程计算出非球面与标准拟合球面之间波像差的理论值,通过比较这两个值,计算出非球面的面形偏差。实验结果表明,使用红外干涉仪测量的非球面与标准拟合球面之间的波像差为8.64μm(PV),与理论波像差(8.11μm)比较接近,测得非球面面形偏差为1.20μm(PV)。为了验证这一方法的准确性,使用计算全息图(CGH)作为补偿镜在可见光干涉仪上测量了同一块非球面,两者测量结果比较吻合。结果表明,此方法有比较强的通用性,可以用于非球面在加工过程中的测试。     

子孔径合成光学成像系统像质评价研究

子孔径合成光学成像系统的出瞳波前是离散的,需要同时引入波象差和衍射光学理论,拟合最佳高斯参考球面,计算出瞳波前和波象差,并通过对像面的衍射积分,评估系统像质。对比了两种像质评估的方法,其一是直接利用干涉仪实测获得的整体出瞳波面参数拟合Zernike多项式衍射直接积分法计算像面复振幅分布,其二是对子出瞳波面衍射直接积分在像面的复振幅的叠加。设计并制造了一个三子镜合成的成像光学系统,在此基础上用ZYGO GPI XP干涉仪验证并对比了使用两种方法的对像质计算的特点。结果表明,子出瞳波面直接衍射积分叠加法的精度更高,但计算量大;在衍射限附近,前者的拟合精度也能满足像质的定性评估要求,且计算量较小。