中心不重合径向剪切干涉迭代波前重构算法仿真分析

径向剪切干涉测量时经常会出现扩束与缩束光波中心不重合情况,传统波前重构算法会导致较大重构误差,其应用受到挑战。推导了中心不重合径向剪切干涉迭代波前重构算法,仿真分析了组合像差、单阶Zernike像差、中心偏移量大小及其计算误差对重构算法的影响。结果表明,在剪切光波中心不重合情况下,该文算法能够准确进行波前重构,重构效果显著优于传统算法;在论文仿真条件下,随着中心偏移量的增大,本文算法重构波面均方根误差(RMS)不高于0.05λ,而传统算法重构误差RMS值达1.6λ且与偏移量近似线性相关。

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。

采用环路径向剪切干涉法测量液晶电视的相位调制特性

提出了一种测量液晶电视相位调制特性的新方法 ,并对液晶电视在该干涉仪中形成的条纹图进行了解释 ,对EPSONP1 3VM 1 2 5液晶电视的相位调制特性进行了实际测量 ,结果表明该测试方法能实现液晶电视相位调制特性的全场。

径向剪切干涉法综合诊断光束质量研究

为了解决高功率激光装置光束质量诊断系统的自验证问题,研究了基于空间相位调制的径向剪切干涉法综合诊断光束质量的实验应用。该方法理论上只需一台干涉仪且从单幅干涉图中获取光束的近场、相位和远场分布信息。实验结果表明,目前可以得到高分辨率的相位分布,由测量近场和相位恢复出的远场同CCD直接测量得到的远场形态相同,环围能量比曲线相当吻合,不足之处在于只能提取近场较低空间频率成分,还达不到CCD直接测量的空间分辨水平。

利用径向剪切干涉法测量液晶空间光调制器的位相调制特性

研究了一种测量液晶空间光调制器的相位调制特性方法 ,采用共光路径向剪切干涉仪 ,对经空间光调制器调制后的波面进行径向剪切干涉后 ,获得其干涉条纹图 ,并用迭代算法计算其波面的相位分布 。

基于径向剪切原理的相位解包裹算法

为了得到所需的相位信息,必须克服噪声、条纹断裂及欠采样等各类不利因素的影响,针对该问题,在处理严重欠采样问题时采用了径向剪切的原理,由包裹相位构建出初始的光场,并对该光场进行多次数字缩放,计算它们之间的相位差,将一个困难的问题分解为多个较为简单的问题进行处理,从而得到需要的解包裹相位。在理论分析的基础上给出了具体的相位解包裹算法,模拟计算和实验都表明了该方法的可行性。结果表明,该方法能较好地处理严重欠采样问题,相比传统的解包裹算法适用性更广。

共光路径向剪切干涉仪的设计

针对常规像移式干涉仪无法用于大口径、长光路光学系统波像差检测的工程问题,设计了共光路径向剪切干涉仪以消除采用标准波面所引入的系统误差。设计中采用由三角棱镜与斜方棱镜组合而成的胶合棱镜组作为波面剪切器件,将待测波面与其复制波面产生干涉,并通过一组有不同相对孔径的透镜切换装置来控制干涉仪剪切比。与4D动态干涉仪在不同条件下的比对试验数据表明,设计的剪切干涉仪的测试重复精度约为λ/80,实际测试精度RMS优于λ/20(λ=630nm)。这种设计极大地缩小了仪器外形尺寸与重量,提高了超长光路干涉检测的效率。

径向剪切干涉法测量气体温度场

提出双Fresnel波带板共光路径向剪切干涉测量系统,导出该光路系统下的待测波面的计算方法。用该系统对轴对称气体温度场进行实验测试,采集气体温度扰动的干涉条纹图,经傅里叶变换解调相干波相差,求解扰动波面及扰动引起的波面差,重建气体温度场。结果表明双Fresnel波带板径向剪切干涉系统具有较高的测量精度和测量灵敏度,适合横向尺度较大、纵向尺度(光传播方向)较小,与环境最大温差较小时的位相物体的测量研究。

径向剪切干涉波面重建法检测非球面透镜

用共光路径向剪切干涉法来测量非球面透镜的波面。该方法通过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。对干涉条纹,利用SCPM求取两波面位相差,在极坐标中将位相差径向迭加得到原始波面位相分布。该方法具有精度高、不损坏透镜镜面、适合用于实时检测等优点。

可变载频径向剪切雅敏干涉仪

基于雅敏干涉装置,提出一种新的可变载频(条纹频率可调)的径向剪切干涉仪。该干涉仪主体由两块雅敏干涉平板、两对可旋转双光楔、两个可变比例的扩束镜组成;双光楔用于调节条纹周期,以获取最佳干涉图;两扩束镜的扩束比例可变,以调节最佳剪切量。两块平板加工误差一致,同时所有光楔来源于同一楔板,参数一致,两扩束镜的性能参数也完全相同,光路对称,严格等光程。提出的干涉仪可一次性完成非球面模具的测量;并根据被测面形情况进行条纹周期和剪切量的调节,获得了最佳条纹图。最后,对球面/非球面模具表面进行了测试。结果显示:通过调节双光楔和扩束比,此干涉仪可获得较好的条纹图,为多种非球面模具的进一步高效检测提供了新的思路。

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。

径向剪切干涉测量中基于Zernike多项式的波前重建

径向剪切干涉波面不能直接反映被测光学波面,因此提出一种径向剪切干涉测量中被测波前重建的新方法.该方法基于Zern ike多项式最小二乘法拟合的基本原理来确定波前重建表达式.推导出径向剪切相位Zern ike多项式系数与被测波前Zern ike多项式系数转换关系.对算法进行计算机模拟,并应用于实际径向剪切干涉测量,结果证明该方法具有可靠的波前重建精度.

径向剪切干涉仪

介绍了径向剪切干涉仪的工作原理、类型,分析了其面临的技术难题和各自优缺点。综述了径向剪切干涉仪的发展状况,讨论了它在光信息检测中的重要作用。

光学元件面形的环路径向剪切干涉检测方法研究

提出了将环路径向剪切干涉(CRSI,Cyclic Radial Shearing Interferometry)术应用于光学元件面形检测的新方法。设计了基于环路径向剪切干涉检测光学元件面形的光路系统。根据环路径向剪切干涉法的波前重建算法,模拟计算了任意波前的重建情况,同时在基于开普勒望远系统的环路径向剪切干涉仪上实际测量了一个已知光学元件的面形。结果表明,文中提出的波前重建算法和采用的光路系统可用于实际光学元件面形的准确检测,系统的重复性也得到了研究。

基于径向剪切干涉仪的三维位移测量技术

本文提出一种基于双圆光栅径向剪切干涉仪的三维位移测量方法,其测量原理是径向剪切干涉仪所形成的莫尔条纹不仅由二维平面内位移决定,轴向位移会在+1和–1级莫尔条纹之间产生一个特定的相移.首先,基于标量衍射理论对双圆光栅径向剪切干涉仪的+1和–1级莫尔条纹强度分布进行推导,建立了三维位移量与莫尔条纹强度分布的精确解析关系;其次,在频谱分析的基础上,利用半圆环滤波器进行空间滤波,实现+1和–1级莫尔条纹的同时成像;然后,提出了从莫尔条纹图中定量提取三维位移的算法,并通过数值模拟进行验证;最后,实验结果验证了该方法测量平面内位移的最大绝对误差为4.8×10^(–3) mm,平均误差为2.0×10^(–4) mm,轴向位移的最大绝对误差为0.25 mm,平均误差为8.6×10^(–3) mm.该方法具有装置简单、测量精度高、非接触、瞬时测量等特点,可实现三维位移的同时测量.

用液晶电视研究径向剪切干涉的近场重建算法

对共光路径向剪切干涉(CRSI)的近场重建算法和LCTV的强度调制特性进行了分析。首先利用CRSI测量了实验中的LCTV强度调制特性的线性区域,然后将LCTV处于强度调制状态下模拟产生一任意强度分布,并使其灰度值限定在它的强度调制线性区域内,再进行径向剪切干涉测量,获取了该强度分布的干涉条纹图。从干涉图中提取出背景强度后,运用环路径向剪切干涉仪的近场重建迭代算法进行运算,得到了模拟光强的近场分布。本文同时对这一近场分布进行了数值仿真与实验研究,并对实验中出现的误差从理论上进行了合理的分析,进一步验证了实验方法的可行性和环路径向剪切干涉仪的近场重建迭代算法的正确性。

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。

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。

径向剪切干涉波前重建算法和不同倍数下重建精度的研究

提出一种新的基于循环式径向剪切干涉术的波前重建算法 ,以此模拟计算了不同放大倍数下波前的还原结果与还原精度 ,得出不同放大倍数下采用本算法都能还原出原始波前且还原精度相差不大的结论。同时在基于伽利略望远系统的循环式径向剪切干涉仪上测量了激光系统输出中存在台阶结构的畸变波前 ,得出了与此基本一致的结论。