微球辅助干涉术抬起模式下微球相位传输分析

微球辅助显微术是一项提升光学显微系统横向分辨力的技术,可与传统干涉技术结合以实现高横向分辨力的三维形貌测量。微球可工作于抬起模式下,进行感兴趣区域的选取与视场扩展。现有研究对微球辅助干涉术中微球工作在抬起模式时的分析仍不充分,影响了微球辅助干涉技术的纵向测量精度。本文对微球的相位传输机制进行了仿真,总结了微球下方相位分布与微球和样品距离之间的关系。同时,搭建了微球-白光干涉联用系统,并通过AFM控制微球的三维位置,对微球抬起模式下的放大倍数与相位分布进行测量,验证了仿真中微球下方相位分布的结果,为微球辅助干涉术中抬起模式提供了理论基础。

相移干涉术及广义相移数字全息干涉术

在基础光学框架内说明了传统的相移干涉术及近年来发展的广义相移数字全息干涉术的基本原理;前者要求特殊值等步长相移,而后者则可以采用任意未知相移值.着重介绍了广义相移干涉术中的物波恢复算法,以及基于衍射场统计特性的未知相移提取算法.从一个侧面沟通了基础光学与近代光学之间的关系.

剪切电子散斑干涉术中消偏振效应的研究

就散射光的偏振性对剪切电子散斑干涉术中的影响进行了研究，文中给出了理论分析及实验结果，得出了消偏振效应不改变计量条纹调制度，但降低光能利用率的结论。

数字全息干涉术用于微波等离子体推进器羽流场的研究

利用数字全息干涉术研究了微波等离子体推进器羽流场的分布特征,由所记录的羽流场的数字全息图,经数值再现,得到了羽流场的相位分布,进而计算出等离子体羽流场的电子数密度.通过相位倍增法增加了羽流场的干涉条纹密度,从而能够更直观地反映出羽流场的折射率分布.结果表明,数字全息干涉术是研究微波等离子体推进器羽流场的一种有效方法.

用脉冲激光全息干涉术测量稠密等离子体电子密度分布

利用脉冲激光作为探测光源 ,采用全息双曝光法对激光惯性约束核聚变高温高稠度等离子体的诊断 ,开发了原理上全新的诊断方法 .打靶主激光与探测激光实现严格同步 Δt≤ 1 0 - 11～ 1 0 - 10 s,可获得高空间分辨率 Δδ≤ 1 μm等离子体二维图象 (阴影图象和干涉图象 ) ,并保证时间分辨率 Δt达到 1 0 - 11s左右 .

四步数字相移全息干涉术三维变形测量

针对目前相移控制器件费用高、操作复杂等不足,提出了一种数字相移方法。并将其与全息干涉术相结合,进行了相移全息干涉术的实验研究。应用MATLAB软件,结合图像处理方法,通过对全息干涉条纹精确控制使其定向移动,实现了四步相移,获得4个干涉图。应用四步相移法原理和相位去包裹方法,最终成功求得物体变形引起的三维位相差,实现物体变形的三维测试。实验表明,该方法不仅简化了全息干涉测试的光学装置,避免传统相移器件相移精度低、容易造成相移误差的缺点,且操作简单,测试精度高,其精度容易达到1/10波长。

时间相移显微干涉术用于微机电系统的尺寸表征

提出了将时间相移显微干涉测量方法用于微结构和器件的几何特性检测上.该方法速度快、无损、非接触、易在晶片级进行,具有亚微米级的水平分辨力,垂直分辨力在纳米量级.测量系统采用Mirau显微干涉物镜,利用高性能压电陶瓷物镜纳米定位器实现垂直方向的相移,并通过健壮的5帧Hariharan算法获取表面的相位信息.通过测量美国国家标准研究院(NIST)认证的标准台阶对系统进行了精度标定,并通过测量微谐振器和压力传感器微薄膜的几何尺寸说明了该方法作为测量和过程表征工具的功能.

利用数字全息干涉术测量电路板的连续弯曲形变

采用离轴菲涅耳数字全息干涉术实现了对电路板表面的连续弯曲形变测量。在电路板两端依次施加0.01mm至15mm位移载荷过程中,记录了1 501幅全息图。通过相邻两幅全息图数值重建的复振幅相位分布相减得到干涉相位差,根据相位差与离面位移的关系计算得到照明测量区域的离面位移,通过累加获得了施加1～15mm位移载荷时电路板表面的弯曲形变测量结果。由5块相同规格电路板上照明测量区域中同一电容中心点的离面位移,计算得到测量结果的A类不确定度不超过0.008mm,加载夹具引起的测量结果的B类不确定度为0.003 5mm,测量结果的合成不确定度不超过0.008 7mm。实验表明这种利用离轴菲涅耳数字全息干涉术测量物体大位移连续弯曲形变的方法具有良好的重复性和稳定性。

基于数字全息干涉术的液相扩散过程可视化（英文）

提出了利用数字全息干涉术可视化观测液相扩散过程.实验中,采用马赫-曾德干涉仪光路记录乙醇与水之间两相扩散过程的多幅数字全息图;再通过数值再现不同扩散状态的波前相位分布,获得液体中的摩尔浓度分布;最后,根据菲克定律获得两相流扩散系数.结果表明:利用数字全息干涉术可实现对液相扩散传质过程的快速、实时及高精度测量;该方法还具有可实现远程监控、拥有大量微观数据的优点;此外,采用文中全息干涉光路结合波分与角分复用技术可实现多相流扩散系数的测量,为获得溶液中非线性变化特征参量提供了有效技术手段.

基于FFT的散斑干涉术测物体变形

在SPI测量变形物体三维位相的原理上,提出了用一个干涉图法,基于二维FFT实现了散斑干涉图三维位相测试的新方法。选用马赫-泽德干涉系统,用CCD分别接收物体变形前后的散斑图,将两幅散斑图相减可以得到变形物体的散斑干涉条纹图。应用MAT LAB软件编程对散斑干涉图进行二维FFT运算,获得变形物体的三维位相。由三维位相分布可以判读物体的三维变形,进而为后续分析物体的三维应力奠定基础。实验表明,该方法简单、速度快,精度可达到λ/10。

剪切散斑干涉术中剪切量的测量

由于采用剪切散斑干涉术测量离面应变和面内应变都与剪切量有关,所以剪切量的测量精度决定了应变场分布测量的准确性。本文论述了公式法、成像法、莫尔条纹法和相关法等4种剪切量测量法的测量原理,定性分析了它们的测量范围。搭建了一套剪切量测量系统,利用成像法、莫尔条纹法、相关法测量剪切散斑系统的剪切量,并以公式法计算的结果为准,比较其他3种方法的测量结果。结果表明:剪切量>3mm时,利用相关法测量具有较高的测量精度;剪切量<3mm时,莫尔条纹法测量效果会更好。因此,实际应用中,应该先根据实际测量条件估算剪切量的大致范围,然后依据估算范围选择合适的测量方法。

数字散斑干涉术物体形变测量

基于数字散斑干涉术测量物体形变的原理,研究了物体面内位移及变形的测试技术.采用电荷耦合器件记录变形前后的两幅散斑图,取代传统散斑干涉术中的记录干板,省去传统方法中干板显影、定影的繁琐的化学湿处理过程.分别用菲涅尔散斑和像面散斑方法获得散斑干涉图,用相减技术得到含有物体形变信息的散斑干涉条纹.设计高斯低通滤波器,对干涉条纹进行处理,提高了干涉条纹的对比度.提出扫描条纹中心行方法,由条纹中心行一维位相分布获得一维物面变形,实现了散斑干涉条纹的自动判读.试验表明,该方法简洁且实用.

数字散斑干涉术和时空三维相位解包裹用于非连续表面动态变形测量（英文）

为解决传统相位解包裹法不能够用于非连续表面的动态变形测量的缺点,在详细阐述基于时空三维相位解包裹技术的数字散斑干涉术的工作原理和测量步骤基础上,应用数字散斑干涉术和时空三维相位解包裹测量非连续表面动态变形.实验证明,当采用每秒70帧的普通相机拍照时,可实现最快形变速率为25.12μm/s的非连续表面动态变形测量.本文所提方法扩展了数字散斑干涉术的测量范围,增强其应用能力.

大曲率光学零件面形的空间载频外差干涉术检测

光学零件表面面形检测的结果直接影响光学零件的质量,介绍了一种在平面干涉仪上检测大曲率球面光学零件面形的方法,通过对干涉图进行预处理、FFT提取相位、解包裹,并采用Zernike多项式拟合,得到被检球面相对平面的面形函数,与指定的球面相减后,再一次进行Zernike多项式拟合,得到了被检面相对于指定球面的面形函数,由此计算出被检球面的面形误差PV值、RMS值,N与△N,并模拟出了用球面干涉仪检测时的干涉条纹。该方法克服了接触检测的缺点,精度高,PV值的标准差σ优于λ/100,RMS值的标准差σ优于λ/700,而且可通过软件设定检测任意大曲率光学零件,为大曲率半径光学零件的检测提供了一种适用的方法。

CCD像元尺寸对移相干涉术相位测量精度的影响

针对移相干涉术中CCD探测器采集高密度干涉条纹的过程,对影响相位测量精度的主要因素进行了理论分析和仿真研究.结果表明,随着CCD像元尺寸及随机噪声标准差的增大,CCD探测得到的时域光强信号信噪比降低,引入的相位测量误差也增大.当信噪比约高于24时,相位测量精度可优于π/50rad,折合成光程差即优于λ/100,为后续研究扩展移相干涉术的测量范围提供了理论上的定量依据.

双波长光学低相干干涉术用于血氧饱和度测量的数值分析

提出了采用双波长光学低相干干涉仪(Optical low coherence interferometer,OCI)来测量人体视网膜血管中血氧饱和度(Oxygen Saturation,SO2)的方法.详细阐述了双波长光学低相干干涉术用于血氧饱和度测量的基本原理,并分析了OCI中双波长的选择原则.基于内径为200μm的毛细玻璃管的简易人眼视网膜血管模型,分别模拟了光源中心波长为680 nm和820 nm时血液血氧饱和度由40%提高到60%时对应干涉信号的变化.数值分析表明,要判别20%的血氧饱和度变化,OCI系统灵敏度至少要达到70 dB.

利用EALCD的数字全息干涉术

基于电寻址液晶(EALCD)读写图像实时、衍射效率高的特性,设计了以EALCD和CCD为关键器件的数字全息干涉系统。系统满足空间带宽积,时间、空间相干度和偏振度的要求,提高了干涉条纹的对比度,降低了散斑噪声等影响,实现了数字全息干涉术的高精度测试。利用双曝光全息干涉术原理,应用Matlab编程取代传统相移术中的压电位移器,实现4个干涉图法,进行以硬币为物体的位移实验。结果表明,受力后硬币发生了位移。利用该项技术将传统的全息干涉术与现代的探测器件相结合,可实现全息干涉术测试的数字化、实时化,大大地提高了测试工作的效率。

斑点干涉术统计结果的信噪比模拟和分析

高分辨统计重建中,随机误差影响着统计结果的信噪比,从而限制了探测目标时所能达到的精度。通过推导给出了单星斑点干涉术统计结果信噪比的数学表达式,并模拟计算了不同视宁度参量r0和不同光子数下斑点图统计功率谱环带上的信噪比,模拟计算结果和理论数学模型吻合较好,最后对一些实测数据进行了处理和分析。

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。

基于广义相移干涉术的数字全息实验

设计了一种基于广义相移干涉术的数字全息实验装置,介绍了相应工作原理。为了大幅减少精密相移器造成的相移数字全息实验成本,实验装置省去了相移器这一昂贵器件。实验利用光学器件的微小振动特点,进行相移数字全息的记录,使用两步广义相移干涉算法从干涉图中直接抽取实验中的实际相移量,代入相应物光波前再现公式计算物光复振幅,经过逆菲涅尔衍射进一步得到原始物像。实验结果表明,该装置无需相移器即可实现相移数字全息记录和再现,能够自动抽取相移值,高质量完成物光成像。该实验改进了相移数字全息的实验装置,大幅度减少了实验成本和操作难度,有利于推广和利用。