锥体棱镜角度测量误差分析与仿真

锥体棱镜应用广泛,但其二面角偏差没能实现测量的自动化。锥体棱镜二面角偏差的测量主要由二面角自身的误差、锥体棱镜面形误差等决定,分析了锥体棱镜的二面角偏差和干涉波面的关系,并对二面角偏差计算进行模拟仿真,模拟了锥体棱镜只有角度误差和角度误差、面形误差都存在这两种情况下的二面角偏差的计算,验证了程序的正确性,得到程序计算锥体棱镜二面角偏差的误差在0.3″范围内。

移相式干涉仪在锥体棱镜角度测试中的应用

为了实时、高精度地测试光学零件,对移相式数字波面干涉仪在锥体棱镜角度测试中的应用进行了研究。通过锥体棱镜二面角偏差计算方法得到了二面角偏差和干涉波面之间的关系,分析了干涉波面的形状与锥体棱镜综合误差的关系,编写了锥体棱镜角度和综合误差测试程序,并且在移相式数字波面干涉仪和ZYGO干涉仪上分别对锥体棱镜进行测试,给出了2者的比较测试结果。结果表明,移相式数字波面干涉仪测量锥体棱镜二面角偏差的误差在0.3″范围内,RM S值的测量误差在λ/50内;提出的方法可实现检测过程的自动化。

谈《应用光学》教学的改进方法

《应用光学》是光电信息工程的专业基础课,有着重要的地位。本文针对目前学生的学习状况从教学内容、教学方法、教学形式、教学手段这四个方面论述了《应用光学》教学的改进方法。实践证明,这几方面的改进对于提高教学质量是有效果的。

工程教育专业认证理念引导下的《应用光学》课程建设

在我校光电信息科学与工程专业两次参加工程教育专业认证的过程中,深入学习工程教育专业认证的基本理念,并将其应用于《应用光学》的课程建设中。首先,以学生为中心,毕业达成度为目标,修缮教学大纲,明确课程教学目标以及课程支撑毕业要求相关指标点的对应关系。其次,以产出为导向,围绕教学目标和学生毕业要求的达成,采用匹配的教学方法和教学资源,进行实际教学。最后,建立持续改进机制,定期进行课程体系设置和教学质量的评价。在今后的教学过程中将继续贯彻工程教育专业认证的理念,不断加强《应用光学》课程建设。

空域移相偏振点衍射波前检测技术

点衍射干涉仪结构简单、共光路、测量精度高,空域移相干涉仪抗振性能优越,两者在波前检测领域获得了广泛的应用.本文采用激光打孔技术,通过在金属纳米线栅偏振片上制备小孔,制作了偏振点衍射板;结合分光结构的空域移相技术,搭建了空域移相偏振点衍射干涉仪,并对一焦距为550 mm,F_#10的平行光管准直物镜透射波前进行测量,与法国Phasics公司生产的商业化波前传感器SID4的测量结果相比较,两者峰谷值相差0.09λ,均方根值相差0.012λ;利用35项Zernike多项式拟合两者的测量结果,将拟合得到的系数在同一坐标轴下绘制成两条曲线,两者基本重合,从而验证了所搭建的空域移相偏振点衍射波前检测装置的测试精度.从而在传统点衍射干涉仪的基础上引入了空域移相技术,实现了波前的高分辨率、高精度、实时检测,并且提高了对振动、气流等环境因素的抗干扰能力.

基于非均匀快速傅里叶变换的抗振动白光干涉测量方法

由于白光干涉测量技术易受环境振动而产生干扰,提出了一种基于非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)的抗振动白光干涉测量方法。该方法将白光干涉测量光路分为两个成像通道,首先通过准单色光干涉图求解移相间隔,通过移相间隔以及NUFFT算法对白光干涉图进行校正,最后利用校正的白光干涉图和七步移相算法复原出待测物体的三维形貌,实验结果表明,所提方法具有良好的抗振动性能。

基于偏振光栅的同步移相剪切干涉测量方法

针对在波前测试时,参考镜面自身面形误差、光能利用率不足、环境振动和空气扰动等对干涉测量结果的影响,提出一种基于偏振光栅(PG)分光的同步移相剪切干涉测量方法,通过将横向剪切干涉与同步相移技术相结合实现待测波面的准共光路相移测量。该方法采用1/4波片、PG和平面反射镜的组合作为横向剪切结构,可获得两束剪切的正交线偏振光,线偏振光经二维相位光栅、透镜、小孔光阑和相位延迟阵列构成的同步移相结构后,在CCD上可同时采集到4幅移相剪切干涉图。对x和y方向的剪切干涉图采用基于相位相关的图像配准算法、四步移相算法以及基于离散余弦变换法(DCT)的相位解包裹算法进行处理,得到差分相位分布,再用基于差分Zernike多项式的最小二乘波前重构算法对其进行重构,得到待测波面。通过搭建实验装置对一块透镜和凹面反射镜进行测量,结果表明,该方法的测量结果具有准确性和稳定性,该方法能够很好地应用于波前动态测量,对透射波前和光学元件的面形检测具有重要意义。

平行平板光学参数的快速高精度测量方法

提出一种基于特征多项式的波长移相干涉测量方法。首先,将该方法与两步绝对测量法结合,对多表面干涉技术进行理论研究;然后,以特征图和特征多项式理论为基础设计出一种加权多步波长移相算法,用于对平板的表面面形、光学厚度变化以及光学均匀性信息进行提取计算,并通过移相算法的评价函数及其傅里叶表达式展示了算法对误差的抗扰度;最后,将该算法与OPL算法进行对比。结果表明,所提方法在不同厚度平行平板光学均匀性的测量上具有速度快、精度高的优势。

碱渣固、液分离的试验研究

通过对碱厂碱渣进行离心过滤、真空过滤和加压过滤表明,采用一次压滤—打浆—二次压滤工艺,分离效果较好。

波长调谐随机移相算法的研究

波长移相干涉仪可用于大口径光学元件的测试。其移相量需经过标定方可采用定步长移相算法计算相位分布。在长腔长测试条件下,由于激光器的波长调谐控制电源的精度有限,以及环境振动、气流扰动等的影响,采用定步长移相算法求解相位分布的精度不高。在随机移相算法的基础上,提出了波长调谐随机移相算法,并将其应用于大口径波长移相干涉仪中。在对该算法进行模拟仿真,验证了算法的可行性及精度后,进行了实验研究。实验结果表明,在波长移相干涉仪中运用该方法,可以很好地解决长腔长测试条件下的相位计算问题,且与被测件的理想相位比较,精度较高。

基于DCT算法的种子点相位解包算法

移相干涉术由于其高精度被广泛应用在光学元件的面形测量上,而由移相算法得到的相位数据被包裹在[-π,π]之间。基于区域生长理论的相位解包算法(种子点法)可以高精度地实现连贯区域的相位解包,基于离散余弦变换的最小二乘解包(DCT)算法可以实现矩形区域的相位解包,而实际测量中,经常会碰到被测件的有效区域为非矩形的分离区域。因此,在分析前两种算法优缺点的基础上,提出了基于DCT算法的种子点相位解包算法。首先运用DCT算法对整个包裹相位进行解包,然后运用种子点法分别解包各分离区域,再通过DCT算法求得的种子点干涉级次实现各分离区域解包相位的统一。实验结果表明,该方法克服了种子点法和DCT算法的缺点,可以准确、快速地实现分离区域干涉图包裹相位的解包,且比这两种算法具有更好的稳定性和更高的精度。

长干涉腔波长移相计算的自适应相位筛选法

波长移相干涉仪可用于大口径光学元件的测试。其移相量需经过标定方可采用定步长移相算法计算相位分布。在长腔长测试条件下,由于激光器的波长调谐驱动源的精度有限,采用定步长移相算法求解相位分布的精度不高。在分析干涉腔长和波面计算误差的基础上,提出了一种自适应相位筛选计算方法。根据电压-相位标定曲线采集多组周期干涉图,对干涉图中的光强值进行均匀分布抽样后,对其进行随机移相计算,求取每帧干涉图精确的步进移相量,从中筛选出移相量为π/2的四帧干涉图,利用四步移相计算公式求得精确的相位分布。实验结果表明,在波长移相干涉仪中运用该方法,可以很好地解决长腔长测试条件下的相位计算问题,与未进行筛选的计算结果比较,其测试精度得到了显著提高。

基于Lissajous图技术的波长移相标定方法

波长移相干涉仪可应用于大口径光学元件的检测。研究了基于Lissajous图技术的波长移相标定方法,实现了干涉图间移相量的计算,解决了在不同干涉腔长下进行测试时移相量需控制成为一个特定值的问题。首先通过模拟仿真,验证了方法的正确性;然后编写程序对已知移相量的实际干涉图进行计算。结果表明,在干涉图对比度较好以及对计算的两点选择恰当的情况下,计算出的相对误差在4%范围内。

锥体棱镜最佳工艺参数研究

借助于Matlab和Zemax等数学工具,详细研究了锥体棱镜的各个加工要素。结合实际使用的情况确定了最佳工艺参数。研究结果已被生产采用,并取得了较好的经济效益。

光学材料光学均匀性的波长调谐两步绝对测量法

光学均匀性是光学材料的重要指标,目前高精度的测量方法一般采用绝对测量法,而该方法步骤繁琐,容易受环境影响。根据波长移相干涉仪的移相特点,提出了测量光学材料光学均匀性的波长调谐两步绝对测量法。该方法在波长移相干涉仪中通过平行平板放入测量和空腔测量两个步骤得到平行平板的光学均匀性。在模拟仿真验证方法的正确性后,进行了实验研究,并与传统的绝对测量法的测量结果进行比较。结果表明,波长调谐两步绝对测量法可用于测量平行平板的光学均匀性,且测量步骤简单,精度较高。

基于四分之一波片的菲佐型同步移相干涉测量方法

为了实现干涉测量平面的抗振,提出了一种同步移相干涉测量方案并搭建了实验装置。整个测量系统在菲佐移相干涉仪的基础上,利用四分之一波片作为参考镜,获得一对正交偏振光,经过棋盘相位光栅分光,利用光阑选取对于理想光栅衍射效率一致的(±1,±1)级衍射光作为测量分光路,使之先后通过相位延迟阵列和偏振片获得4幅移相量依次为π/2的干涉图。按照传统的4步移相算法,对被测波面进行了复原。分析了光强畸变和移相误差对系统测量误差的影响。与泰曼型同步移相干涉测量相比,该方案可以简化系统结构,减小系统误差,并且更易装校,更适合用于平面的测量。

改进的基于全变分最小去噪的路径无关相位解包算法

相位解包算法主要分为路径相关算法和路径无关算法,广泛应用于光学测量领域。针对残差相位中含有噪声的问题,提出了改进的基于全变分最小去噪的路径无关相位解包算法。首先在包裹相位图中求出相位梯度,然后用全变分最小方法对相位梯度图去噪,通过积分获得近似的相位解包图,并进一步去除了残差相位图中的噪声,经多次迭代获得最终的相位解包图。通过仿真和实验对比了去除噪声前后解包相位与原始相位的误差。结果表明,残差相位去噪后得到解包相位的峰谷值、均方根值误差均小于未去噪的情况。

基于白光干涉的ICF靶丸表面缺陷测量方法

针对激光惯性约束聚变实验中的靶丸等微球表面缺陷的真实高度测量问题,为解决现有测量方法存在的缺陷跃变处2π整数倍相位缺失问题,提出一种基于垂直扫描白光干涉技术的零位显微干涉测量方法。该方法采用白光球面零位干涉思想,通过垂直扫描球面干涉获取全视场白光干涉图,然后运用七步移相算法及蝙蝠翼校正算法实现靶丸表面缺陷的形貌计算,最后将白光干涉测量法与激光干涉测量法进行对比实验。结果表明,白光干涉法能够有效解决激光干涉法在缺陷跃变处的2π整数倍相位缺失问题,实现靶丸表面缺陷的真实高度测量,从而扩展靶丸类微球表面缺陷的测量范围。

基于相位拟合的莫尔条纹局部倾角计算

提出了一种精确求取莫尔条纹局部倾角的图像处理方法,可用于求解在渐进多焦点镜片屈光度测量中出现的莫尔条纹局部倾角。研究了实际采集到的条纹图片特性,分析了理论推导时假设测量条件与实际测量条件的矛盾,进一步探究表明实际测量所需的莫尔条纹角度实质上是基于条纹相位场而非强度场。在此基础上,提出了基于相位拟合求取条纹局部角度的方法,该方法首先通过移相得到莫尔条纹的相位,然后对相位进行泽尼克多项式拟合,得到相位的多项式表达,最后通过求解多项式对两个方向的偏导数,计算出相应位置的条纹角度。理论分析和仿真结果表明,该方法能够避免背景光和光源振幅分布不均的影响,对条纹噪声和条纹周期变化不敏感,角度求取精度可达到0.2°。