物理光学中多光束叠加强度求解方法的探讨

大学物理光学中多光束相遇叠加强度的求解问题占据了课程内容的很大比重,涵盖了叠加原理、干涉、衍射、互补屏原理、复振幅、共轭波和偏振等理论和概念。为了使非光学特色工科大专院校的学生在有限的课程学习期间内快速方便地解决多光束叠加强度求解问题,有效地对实际的干涉测量设备原理进行分析,总结了一套“叠加强度求解六步法”的程序化解题流程,通过杨氏实验、单矩形孔夫琅禾费衍射、巴比涅互补屏系统和一个复杂习题解答为例对该方法的使用进行了充分举例说明,有效地论证了该方法的有效性和通用性。

双端面无研合量块干涉测量的研究进展

目的:量块是一种端面长度标准,处于长度量值传递与溯源的关键位置。由于研合层的存在,现行单端面研合式量块干涉仪测量精度的提高受到了限制。为此,量块测量的技术革新开始向着双端面无研合方式迈进。为了跟踪这种新技术的研究动态,分类汇总介绍了其最新的进展。方法:首先介绍了单端面研合式测量方案,阐述了其中的主要问题,然后按照移相法、小数重合法和低相干光源干涉法等三大类综述了双端面无研合测量方案,简述了每种测量方案的实验系统和量块长度解算理论。结果:相比于单端面研合方式,双端面无研合的量块测量技术能够剔除研合层厚度,减少量块磨损,提高量块测量精度,在自动化方面具有突出的优势,但是需要深入研究相位跃变、测量面形貌、干涉光路非同轴,以及干涉光路与量块测量面的非垂直性引起的测量误差。结论:综述结果显示,双端面无研合的量块干涉测量技术已经成为量块测量领域的研究热点,它的成功将极大提升量块计量水平,提高相关领域的测量精度。

基于几何光学理论的点光源非定域干涉测角分析

目的:点光源非定域干涉的微小角度测量方法因具有非接触、灵敏度高、精确度高等优势而备受重视。为了解决现有原理分析理论的如下不足:1)在阐述平晶两个表面形成一对虚拟点光源的机理方面比较抽象;2)且难以普遍适用于多面型测量装置。方法:以平晶楔角的测量为例,基于几何光学理论,推导了干涉同心圆环的圆心侧移量与楔角之间的关系式,通过可视化研究了所推导关系式与文献关系式之间的差异。结果:除零点外,相同的圆心侧移量情况下,所推导关系式给出的楔角值会小于文献关系式给出的楔角值,即10 mm圆心偏移量对应的楔角偏差为0.027″,1 mm圆心偏移量对应的楔角偏差为0.003″。结论:基于几何光学理论的分析方法不仅能分析平晶独体元器件楔角测量的原理,而且还能分析多面型变体结构测角原理,既能够定量分析圆心侧移量与楔角之间的关系,又能实现干涉同心圆环的仿真,丰富了点光源非定域干涉测角技术。

基于图像取反的同心圆环半径和圆心提取方法

为了解决非定域干涉同心圆环图像的圆心和半径的精确提取问题,提出了一种基于图像取反的暗亮环兼顾的算法,以点光源非定域干涉同心圆环为对象,在平滑降噪预处理基础上,利用霍夫圆变换获得参考圆心,以参考圆心为基础分别在其x方向和y方向上[-50,50]像素范围内每隔5 pixel取一条强度轮廓线,每一条强度轮廓线取反后,分别实现暗环和亮环峰位坐标的精确识别,再利用圆回归拟合得到系列圆心和半径,通过系列圆心和半径的平均运算实现图像最终圆心和半径的精确提取。结果表明,靠近中心的3个亮环和3个暗环各自的圆心坐标非常接近,相对于总平均值的最大偏差为-3.7 pixel,即相对于总平均值的最大相对偏差为-0.15%,重复性很好;相邻两个圆环半径平方比值相对于实际比值的误差在-4.18%~0.36%之间变化,验证了算法的可行性。该研究对实现自动化检测、提高测量精度是有帮助的。

Tolansky干涉测量平行透明材料折射率方法探究

为提高平行透明材料折射率的测量精度,提出了一种基于Tolansky干涉的折射率测量方法。通过几何光学理论的分析,建立了Tolansky干涉同心圆环的圆心侧移量与折射率之间的关系;构建了一个平行透明材料折射率测量仿真模型,对测量方法进行了虚拟实验研究,考察了方法的可行性;搭建了实验系统完成玻璃薄片折射率的测量,并与其他仪器进行了比较。实验结果表明,在测得材料旋转角度、干涉圆环圆心侧移量和材料厚度后,所得折射率计算值与理论值之间的相对误差仅为0.11%,为折射率高精度测量提供了一种新的可行方案。不确定评定结果显示,这种方法的测量结果受被测材料的厚度影响最大。

团体标准新进程

2018年新修订的《中华人民共和国标准化法》赋予团体标准明确的法律地位,国家标准化工作改革,鼓励和支持学术组织编制团体标准,以改变政府标准制定周期长,难以适应市场化和技术快速发展需求的局面,并提出到2020年,制定一批与强制性指标实施相配套的团体标准。

便携式633nm激光波长评价系统研究

利用光学拍频法可实现稳频He-Ne激光波长稳定度的测量以及波长不确定度的评定。报道了一种可应用于测量现场的便携式633nm激光波长评价系统,介绍了拍频测量技术原理、激光波长评价系统的基本构成以及与非便携式的传统拍频系统测量激光波长的比对结果。波长评价系统对传统光学拍频光路部分进行了改进并集成为一个便携测量系统,系统采用了全新设计的集成式光学拍频模块、小型化高精度频率计以及频谱监测仪器实现了高信噪比拍频信号的产生、计数与监测,并自主开发了拍频测量数据采集、处理与分析软件。实验结果表明该系统能够在测量现场实现激光波长的稳定度以及不确定度评价,提升了现场测量的便捷性以及测量效率。

光学锁相环的研究进展

光学锁相环(OPLL)根据其锁定的两束激光间是否存在频差可分为零差光学锁相环和外差光学锁相环。主要介绍了外差光学锁相环的研究进展,它是一种通过鉴频鉴相方式使激光间的频率差保持相对稳定的偏频锁定方法。相较于其他激光偏频锁定方法,光学锁相环具有结构简单、伺服频率带宽大、频率偏置范围宽、锁定准确度高等优势,在原子相干、冷原子系统、相干功率合成以及外差干涉测量等领域都得到了越来越广泛的应用。首先介绍了激光偏频锁定的主要方法及光学锁相环的特点;其次介绍了光学锁相环的基本模型,分析了光学锁相环的误差反馈过程,并按照光学锁相环实现方法的不同详细介绍了其采用的关键技术和研究进展,对近年来光学锁相环在不同领域的应用进展做了简要介绍;最后对该方法的发展路线进行了总结和展望。

一种带有F-P标准具测量量块的白光干涉仪信号仿真

目的:介绍了一种带有标准具测量量块的白光干涉仪。它可以将量块长度通过标准具间隔长度直接溯源至波长基准,能够利用一个标准具的光学倍乘特性实现多种尺寸量块的直接测量。方法:利用matlab平台模拟仿真研究了这种干涉仪的干涉信号,利用万工显对干涉信号进行了测量。结果:测量表明此新型量块测量的干涉仪中两条零级黑条纹之间的错位精度可以达到小于百分之一个干涉条纹,即小于3 nm以内。结论:本文的研究为量块的精确测量提供了崭新的技术手段。

太赫兹计量研究进展

太赫兹技术的独特性和优越性吸引着众多科学研究者的关注,在生物医药、信息科学、公共安全、量子研究和太空探测等领域具有巨大应用潜力。这些应用的有效性和可信度都需要以太赫兹相关参数的量值溯源为前提。文章以太赫兹光谱、频率、功率和强度等参数为对象,介绍了太赫兹计量研究的最新进展,分析了各种计量技术的特点,以期促进太赫兹计量技术发展,保障太赫兹研究和应用的量值可靠。

基片表面倾斜及衍射对激光会聚原子沉积条纹的影响

目的:探究基片对激光会聚原子沉积的影响。方法:根据光学势阱中原子运动的轨迹方程,对会聚场的光学势阱、原子运动轨迹和沉积条纹等进行了仿真实验。结果:衍射式光学势阱使原子轨迹提前会聚,进而与倾斜角一起对沉积条纹的质量参数产生了影响。在正倾时,随着|x0|的增大,条纹半高宽增大,条纹峰值减小;在负倾斜时,随着|x0|的增大,条纹半高宽保持不变,条纹峰值增大;同时随着|x0|的增大,沉积条纹的峰值位置相对于波节的偏移量趋向单调增大。在非衍射条件下,偏移量增大4 nm;在衍射条件下,偏移量增大15 nm。结论:由于衍射的存在,不管基片表面正倾斜还是负倾斜,基片表面上方沿着z方向都会存在一个直边衍射式的光学势阱。

光频梳精密测量543 nm稳频He-Ne激光波长方法研究

报道了一种利用光频梳精密测量543 nm He-Ne激光波长的实验方法,该方法采用偏频锁定技术将1086 nm连续分布式反馈光纤激光器锁定至光学频率梳,然后通过非线性光学晶体周期性极化铌酸锂(PPLN)倍频产生高稳定的543 nm连续激光。以倍频产生的543 nm激光作为参考标准光源,通过光学拍频方式实现被测543 nm热稳频He-Ne激光器波长的精确测量。实验结果表明,分布式反馈光纤激光器与光频梳锁定后3 h内的频率波动极差为0.2 MHz,且能长时间保持可靠的锁定状态。被测543 nm热稳频He-Ne激光器的频率抖动极差为1.3 MHz,标准差为0.2 MHz,1 s和1000 s的频率稳定度分别为2.1×10^(-10)和1.1×10^(-10),波长复现性为0.2 MHz,该方法的测量结果与利用碘稳频543 nm He-Ne激光拍频测量的数据等效。将1086 nm激光与光频梳连接,再通过倍频方式实现低功率543 nm He-Ne稳频激光波长的测量,该方法能够直接实现激光波长测量向时间频率基准的溯源,有效保证了测量结果的准确性。

共程Tolansky干涉圆环嵌套现象分析

针对共程Tolansky干涉测量中出现的干涉圆环嵌套问题,基于多光束反射原理建立了分析模型,通过将MATLAB的仿真实验和实体双臂Tolansky干涉系统相结合的方式进行交叉验证,结果显示嵌套环确实是由光束在干涉分光镜和干涉反射镜之间来回反射产生的多光束干涉造成的。由仿真和实验的验证显示可知,通过合理调整干涉分光镜的透射率、反射率和干涉反射镜的反射率可以对嵌套现象进行有效地抑制,为后续利用共程Tolansky干涉进行精密测量提供了理论和实验指导。

Influence of laser power on deposition of the chromium atomic beam in laser standing wave

One-dimensional deposition of collimated Cr atomic beam focused by a near-resonant Gaussian standing-laser field with wavelength of 425.55 nm is examined from particle-optics approach by using an adaptive step size,fourth-order Runge-Kutta type algorithm.The influence of laser power on deposition of atoms in laser standing wave is discussed and the simulative result shows that the FWHM of nanometer stripe is 102 nm and contrast is 2:1 with laser power equal to 3 mW,the FWHM is 1.2 nm and contrast is 32:1 with laser power equal to 16 mW,but with laser power increase,equal to 50 mW,the nonmeter structure forms the multi-crests and exacerbates.

金属桶内底部缺陷检测照明方案仿真研究

针对大型金属桶内底部高反射表面缺陷检测难度大的问题,提出了一种内窥式的机器视觉检测方法。综合考虑金属桶的结构特性和表面特性,结合双向散射分布函数,对桶底的非正向照明方案进行了仿真研究。结果表明,在理论条件下,桶底照度呈现良好的均匀性。对应的实验验证结果显示,实际照明情况与仿真结果基本一致,相比于一般照明方式,图像的质量得到了有效提高。