CCD非线性效应对剪切干涉法波前检测的影响

利用径向剪切干涉法检测高功率激光波前时,由于探测器CCD非线性效应,在频谱中引入了除基频外的二级、三级等高次频谱分量,增加了频谱混叠的可能,使得对有用信息提取困难,降低了波前检测精度。从理论上分析了CCD非线性效应产生高次频谱分量和导致频谱混叠的原因,给出非线性条件下避免频谱混叠的条件,提出了通过提高空间载频的方法来减小或消除CCD非线性效应导致的频谱混叠。计算机模拟和实验结果表明,该方法能够有效抑制频谱混叠并显著提高波前检测精度。

基于循环式径向剪切干涉法的波前重建算法研究

提出一种基于循环式径向剪切干涉的波前重建算法。先将畸变波前经径向剪切干涉仪形成的空间相位调制干涉条纹图通过傅立叶变换处理获得对应的位相差分布 ,再直接采用迭代算法能精确重建原始波前 ,为 ICF系统中复杂畸变波前的在线准确检测提供了可能 ,并给出了应用实例。

乙烯火焰的径向剪切干涉测温模拟研究

火焰对象的干涉测温受限于条纹相差的提取以及组分浓度场的处理.传统上分别使用无限宽条纹等相线拟合以及空气组分假设,这会给扩散火焰的径向剪切干涉测温带来明显的误差.本文基于层流乙烯扩散火焰的燃烧数值模拟结果展开径向剪切干涉的光学过程模拟,得出了预设载频、噪声的高分辨率模拟条纹.随后使用载频傅立叶变换算法提取出模拟条纹的相差分布并定量给出了该过程顺利进行所需的参数限制,通过径向迭加还原以及投影反转所得相对相差的反演误差在全场普遍小于1%.最后基于模拟浓度场得到温度场反演值,结果表明使用空气组分假设所得温度反演值较之准确值在火焰轴线中、上部需要作5%以上的修正,该修正量从火焰下部到根部由7%迅速增大使得修正失去意义.

共光路径向剪切干涉法测量三维温度场

采用共光路径向剪切干涉法测量三维温度场,通过两块波带板将待测波面分离成放大或缩小倍数不同的两波面进行径向重叠,在叠加区域实现剪切干涉。利用光学层析技术重建三维温度场,由于数据的非完全性,通常采用的代数迭代算法不能很好地解决重建精度这一问题。为此在算法中引入了包含先念知识的属性矩阵,采用了变超松弛系数,根据7个方向条纹扰动重建三维温度场。结果表明,引入了属性矩阵和变超松弛系数的迭代算法能够很好地重建非完全数据的三维温度场。

环路剪切干涉术测量附面层密度场

在附面层测量中,需对微小尺度的高速气流变化场进行瞬态测量。数字化的干涉测量方法能定量地解算出流场的密度场,是一种重要的应用。介绍了一种共路干涉的环路剪切干涉方法,对震动不敏感,无需参考面,适合附面层测量使用。采用基于空间位相调制的快速算法,配以脉冲激光器和同步控制系统,可实时地对扰流密度场进行定量测量。该系统采集分辨率200 pixels×200 pixels,采集频率可达每秒1000帧以上。系统的波前重构方法经过计算机仿真,检测结果优于1/20λ。在0.6 m风洞对圆柱体尾部附面层进行测量试验,结果表明,在一定风速下,该系统能抑制振动干扰,显著地区分出圆柱体尾部扰流信号和振动噪声,具有良好的应用前景。

径向剪切干涉波面重构的数值模拟分析

径向剪切干涉仪所采集到的干涉图并不直接反映原始待测波面信息,为了获得原始待测波面信息,波面重构是必要的。推导了波面重构的迭代算法,并用Matlab分别对径向剪切中不同迭代次数、不同剪切比的波面重构迭代算法进行了数值模拟,得出以下结论：合适的剪切比可以简化迭代运算,提高运算速度;与小畸变波面重构相比,残差波面PV值达到相同精度时,大畸变波面重构需要更多的迭代次数。待测波面的PV值大于10λ时,剪切比应在0.7以上,PV值大于6λ小于10λ,剪切比在0.5-0.7之间,PV值小于6λ,剪切比小于0.5。

基于偏振移相的环路径向剪切干涉

只需要一幅干涉图就能得到被检波面信息的径向剪切干涉,适于动态波前的测量。将便于干涉图像处理的同步移相技术引入径向剪切干涉中,基于环路径向剪切干涉,利用一个正交的二维光栅分光,采用偏振移相法,能同时得到相移间隔π/2的四幅移相干涉图。运用传统的四步移相算法,结合波面迭代算法复原波面。通过理论公式的推导、计算机的模拟分析,以及初步的实验测试,验证了偏振移相应用于径向剪切干涉的可行性,模拟结果显示均方根精度优于λ/100。具有抗振特点的光栅分光偏振移相的同步移相方案,不仅能够克服剪切干涉的单幅干涉图处理复杂的缺点,更有利于提高剪切干涉的抗干扰能力。

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 radial 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。

径向剪切干涉术的标定算法研究

径向剪切干涉术目前被广泛运用于波前检测，但其测量结果中不仅包括待测波前的实际相位信息，也包括剪切干涉仪自身的系统误差。通过平移待测元件获取其产生的透射波前在不同位置时的干涉条纹图所包含的相位信息，运用最大似然方法对多次采集的相位差进行线性组合分析和最大似然估计，将待测波前相位差与系统误差相位差分离。对该方法进行了模拟实验，结果表明最大似然法可以将系统误差相位差与待测波前相位差分离，实现对剪切干涉仪的标定，为提取和重建待测元件波前消除了系统误差的干扰。

用双光收缩式径向剪切干涉仪测量气体温度场

为了适应大测试区的相位物体的测试研究和控制光学系统的成本,设计出双光收缩式径向剪切干涉光学系统。通过实验得到干涉条纹,用CCD摄入计算机,经Matlab编制傅里叶变换、相位去包裹和其他数值计算程序,解调干涉条纹的相位,计算出温度扰动产生的波面畸变量,它等于折射率变化引起的相位偏移值,用轴对称气体温度场重建方法,再现了气体温度场一个层面上的温度分布。实验结果与铜康铜微型热电偶单点测温相比较,两者相差不大。实验表明该系统具有较高的精度和测试灵敏度,适于环境温差较小的相位物体热物理量的测量。