基于斐索干涉仪的直接探测多普勒测风激光雷达

提出结合多光束斐索 (Fizeau)干涉仪和CCD探测器的条纹图像技术 ,测量地球边界层下的三维风场的直接探测多普勒激光雷达技术。在分析Fizeau干涉仪的物理特性和光谱特性以及影响测量多普勒频移的因数和改进方法的基础上 ,提出一套切合实际的直接探测多普勒激光雷达系统参数。并利用该参数进行性能评估分析 ,模拟不同干涉仪参数对风速精度的影响 ,得出一个优化的干涉仪物理参数。模拟结果显示 ,系统可以获得小于1ms- 1 的水平风速精度。这些分析 ,为建立实际的激光雷达系统提供设计依据。

利用斐索干涉测量激光波长

在激光应用中需要精确、快速测量所用激光的波长，本文介绍了一种测量激光波长的方法，其光路基于斐索干涉仪，并通过光路准直与滤波而产生平行干涉条纹， 通过线阵 ＣＣＤ采集并经计算机处理后能够以较高的精度测量激光波长．

斐索干涉仪中压电陶瓷的非线性校正

相移器是斐索干涉仪的核心部件,其关键为压电陶瓷(PZT)致动器,而其迟滞非线性特性严重影响了相移精度,对光学元件的形貌检测造成不利影响。该文首先设计了PZT的控制系统,利用National Instruments(NI)动态数据采集设备(PCIe-6321)、LabVIEW系统及电压放大器组成电压驱动系统产生驱动信号,利用电阻式应变仪、惠斯通电桥作为位移传感器采集位移;其次,提出了一种多项式模型及基于PZT传递函数的前馈开环校正算法对PZT进行建模及校正;最后,在实验系统上对该算法进行了验证。实验结果表明,校正后,相移器的相移误差可被改善,校正前、后位移差小于10%。该系统可有效校正非线性,从而降低非线性相移对测量结果的影响,满足检测光学元件面形的高精度要求。

大口径高精度斐索干涉仪球面参考镜设计

设计了一款口径为30.48cm高精度斐索激光干涉仪参考镜,其F数为0.82,参考面半径为224.99mm。所设计的参考镜其透射波前峰谷值为0.095λ,均方根值为0.028λ,透射波前斜率最大值为11μrad。理论分析了参考镜的回程误差对面形检测精度的影响,其最大值为0.29nm。利用Zemax光学设计软件对参考镜进行了仿真分析,仿真与实验结果表明,该标准镜头可满足精度1nm的元件面形检测需求。

基于独热码有限状态机的斐索干涉解调相位补偿方法

针对相位调制型超弱光纤光栅水听器阵列解调过程中发生的相位翻转现象,提出了一种基于独热码编码的有限状态机相位补偿方法,用来在现场可编程逻辑门阵列中对翻转信号进行实时修正.将解调信号相位及其补偿条件设计在独热码编码的有限状态机中,通过状态机内部状态的即时转移,实现高时钟速率下光纤干涉系统解调信号的相位补偿.对多种相位补偿方式在功能仿真和实验测试中的功耗、占用资源及时序等进行对比分析,结果表明基于独热码状态机的相位补偿方法,不仅可以正确地解决相位翻转问题,保证信号的完整性,同时还可以增加信号解调动态范围,使系统的逻辑延迟降低6%,在水声光纤传感解调系统的高吞吐率和高时钟频率应用环境下具有一定优势.

具有管状基准照明系统的斐索平面相移式干涉仪

本文利用具有F-P标准具的管状基准的等倾干涉原理,设计了两种具有管状基准照明系统的斐索平面相移式干涉仪。这两种干涉仪通过气泵来增压或者减压管状基准主体内的气压,从而改变管状基准内介质折射率,进一步改变参考光和测量光的光程差,以此实现相移技术,完成对平晶平面度的测量。两种干涉仪分为立式和卧式,分别对应不同使用场景。相较于等倾干涉仪测量系统,本文设计的干涉仪系统改善了热交换的环境,测量点数增多,可给出被测平晶平面地形图;相较于利用压电陶瓷实现相移技术的菲索平面干涉仪,本文设计的干涉仪系统在测量中没有机械运动的移相,且造价更低,安全性更高。

自聚焦透镜的长度对斐索干涉仪面形测量的影响

讨论了自聚焦透镜的长度对自聚焦透镜斐索干涉仪面形测量的影响 ,给出了面形干涉图中相邻干涉条纹半径的平方差随自聚焦透镜长度和面形曲率半径变化的三维曲线、待测面 R→∞时的二维曲线以及自聚焦透镜的长度对面形测量范围的影响 ,并用平面作待测面给出实验值 。

用GRIN透镜斐索干涉仪检测光纤端面的质量

采用梯度折射率 (GRIN)透镜干涉仪 ,对用加热、切割和研磨三种方法获得的平面光纤端面进行质量检测 ,得到反映端面不同平整度的干涉图样。实验结果表明 ,GRIN透镜干涉仪结构简单 ,操作方便 ,可作为定性和定量检测光纤端面质量的一种新工具。

干涉仪仪器传递函数噪声容限分析与优化

在高精度平面干涉仪系统评价标准中,仪器传递函数(Instrument Transfer Function,ITF)已经逐渐成为干涉仪性能的重要评价指标,它准确地反映了光学系统对于测量形貌不同空间频率的分辨能力。然而,ITF测试过程中的实验环境要求较为严格,干涉仪系统噪声会导致测试结果产生较大失真。为了能够准确表征干涉仪系统的性能,通过仿真分析与实际实验结合的方式,将仿真干涉图引入不同量级的高斯随机噪声,探究了噪声对于ITF测试结果的影响,提出测试误差的评价指标ITF_(RMS)值,分析了干涉仪系统的噪声容限,依据评价指标提出了几种不同的ITF测试优化方法,并搭建实验系统进行分析验证。实验结果表明,在未优化的ITF测试流程中,所搭建的干涉仪系统ITF测试的ITF_(RMS)值为0.1112,而优化后同样噪声量级的干涉仪系统所得ITF_(RMS)值则分别降至0.0693,0.0367,0.0579。此结果证明了优化方案的可行性,该方案能有效抑制干涉仪系统ITF测试过程中的噪声干扰影响。

白光干涉解调光纤MEMS压力传感器

为了在强电磁干扰、高温、高压等恶劣环境下实现压力的测量,进一步提高传感器的小型化并降低其制作成本,提出并设计了一种基于白光干涉解调的光纤法布里-珀罗压力传感器,实现了传感器的压力测量.基于微机电系统技术,采用光刻、阳极键合以及化学腐蚀的方法制作了以硅和玻璃构成的法布里-珀罗腔体,使用二氧化碳激光器对法布里-珀罗腔体与光纤进行焊接.基于白光干涉解调技术,利用斐索干涉仪与法布里-珀罗腔体的互相关关系对传感器进行了解调,并做了压力实验.实验结果表明：传感器在120～300kPa范围内具有较高的腔长变化灵敏度和线性度,分别为9.012 7nm/kPa和99.9%;传感器分辨率为0.1nm,重复性为0.1%.研究成果对低成本、高一致性光纤F-P传感器的批量制作具有一定的参考价值.

利用光纤干涉法测量光学粗糙面的形状

本文叙述利用由光纤和折射率分布型透镜组成的探测器测量反射表面形状的装置。用光纤端面的反射和测量面的反射构成斐索干涉仪，通过半导体激光光源的电流调制进行相位调制。因为图中用D1所探测的光强度随激光的光强、测量面的光程差。

光学测试中的干涉技术

在精密计量工作中干涉技术一直占重要地位。自从六十年代出现激光以及计算机得到广泛应用,干涉技术在工业计量和科学研究的各个领域中得到广泛的应用。在光学测试工作中干涉技术的应用也是非常重要的。下面举几个例子。在光谱光度的测试方面。

用斐索自聚焦光纤干涉仪测微区面形

采用LD泵浦的单纵模Nd：YVO4倍频激光器、自聚焦棒以及三维精密调整架构成斐索型干涉仪，它具有同时测量微区振动和面形的功能，着重给出了测量微区面形的实验结果和理论分析。

光波长测量仪器的分类、原理及研究进展

波长计分为斐索干涉型、法布里-珀罗干涉型和迈克尔逊干涉型3种。详细阐述了各种波长计的测量原理和研究现状,比较了它们的异同,其中迈克尔逊干涉型波长计测量精度最高。

标准硅球直径精密测量系统的设计

基于多光束干涉的基本原理,导出了使用斐索干涉仪测量硅球直径多光束干涉光强分布的精确公式。针对目前的硅球直径测量系统忽略了多次反射对干涉信号造成的影响和系统中固有的条纹清晰度低的问题,研究了多次反射对干涉信号造成的误差,结果表明其最大光强误差可达到8%。通过对光学干涉系统结构设计和元件参数选择,最大限度地优化了干涉条纹的可见度,并设计出零背景光强标准硅球直径精密测量系统。数值模拟结果表明,该系统不仅极大地提高了干涉条纹对比度、消除了背景噪声,而且可通过改变透镜焦距调节干涉条纹的强度以达到CCD的最佳工作范围,从而提高了光强信号的测量准确度。

基于小卫星编队的稀疏孔径遥感技术

介绍了实现稀疏孔径系统的迈克尔逊干涉和斐索干涉的两种干涉成像原理,讨论了实现稀疏孔径探测和成像的子孔径的空间布局、相位一致和图像恢复,分析了载荷展开,卫星编队中的编队卫星轨道设计、空间基线测量与控制,以及光机技术等工程化实现的关键技术。

基于ASTM方法的光学平面面形检测

为分析光学平面面形偏差,以直径100mm光学平晶为检测对象,利用斐索干涉仪采集了被测光学平面的波面干涉图,按照美国材料与试验协会(American Society for Testing and Materials,ASTM)标准方法,通过分析,能够定性反映出被测光学平面的面形偏差。计算并分析了波面偏差指标峰谷值PV和均方根值RMS,将计算结果与利用ZYGO斐索干涉仪测得的数据对比,偏差为10-3λ,符合光学检测要求。综合考虑可操作性和计算精度,这种基于ASTM的方法是一种行之有效的光学检测分析方法。

大气湍流下光学平面面形的估计

针对大气湍流环境下光学元件平面面形PV值测量这一问题。首先建立了一种大气湍流下斐索干涉仪的模型,通过该模型得到1000张干涉条纹图像;然后提出了一种基于卷积神经网络估算PV值的方法,将干涉条纹图像作为卷积神经网络的输入,利用卷积神经网络提取图像的特征信息,得到PV值;最后将得到的结果与ASTM计算得到的结果、相位解包裹得到的结果以及BP神经网络得到的结果进行对比,发现利用卷积神经网络的方法偏差为2.25×10^(-4)λ,较ASTM、相位解包裹以及BP神经网络得到的结果偏差更小。实验结果表明此方法具有抗干扰性强、精度高、运算快的优点,是一种有效的抗大气湍流影响的光学检测方法。

自相关处理的光纤多普勒流体测速系统的研究

通过对流体运动速度进行测量,可以对流体的各项指标进行实时分析,为了区别于传统测量,实现非接触高精度测量同时降低噪声信号的影响,提出了自相关算法的全光纤多普勒测速技术。通过对测量系统的分析,结果显示,通过斐索干涉法,利用光纤进行传输,简化了测量光路,抗干扰能力强,分辨率高;在自相关算法下的测速系统设计,可以有效降低噪声影响,提高对多普勒信号峰的处理能力;取样积分技术的应用,对信噪比有很大的改善,使测量精度更高;该系统的不确定度小于0. 1%,解决了传统测量方法很难解决的问题。

基于数字波面干涉的平面度测试方法

本文介绍了一种基于数字波面干涉的平面度测试方法，该方法基于菲索干涉仪结构，通过数字CCD采集单帧干涉图像，运用zemike函数基于单帧图像拟合被测平面三维面型，以PV值综合评价整体平面度，区别于传统的等厚干涉仪与移相干涉测试方法。经验证此方法正确可行，测试数据准确可靠。