菲索干涉仪中精确移相的实现

为了实现移相式菲索干涉仪对光学元件面形的高精度测量,建立了干涉仪同步采集移相系统,并对精确移相方法进行了研究。介绍了移相系统的构成和工作原理,计算了测量过程中移相器的速度。针对PZT移相器在移相过程中会引入离焦误差,并存在加速段和减速段的问题,详细设计了移相器的行进过程。最后,对移相器的性能进行了标定。在改造后的干涉仪上开展了重复性验证实验,结果表明:干涉仪可以获得λ/11 340的RMS测量重复性。对改造后干涉仪与Zygo公司生产的Verifire XP/D干涉仪的测量精度做了比对实验,结果显示:相同元件下两者测量结果的面形RMS之差约为0.9 nm,表明提出的移相系统及移相方法在重复性和准确度方面都能满足纳米级面形测量的要求,为研制高精度移相干涉仪奠定了基础。

基于菲索干涉仪的边界层测风激光雷达研究

分析了多光束菲索(Fizeau)干涉仪的光学特性,以及影响干涉光谱性能的参数,并研究了激光雷达系统接收信号能力,提出了一套基于Fizeau干涉仪和CCD探测器的边界层测风激光雷达系统。利用标准大气参数和切合实际的激光雷达系统参数,对干涉仪进行优化设计模拟计算,得到了合理的参数,满足边界层 1m/s风速测量精度要求。

正弦相位调制菲索干涉仪

<正> 一、前言菲索干涉仪对于光学系统中发生的摆振问题是不敏感的,而且它可方便地用于大直径物体表面轮廓的测量。这两个优点对于高达1nm量级的高准确度表面轮廓的测量特别重要。如果我们用一台泰曼-格林干涉仪测量一大直径物体,如直径80mm 平板玻璃的表面轮廓。

φ150mm菲索干涉仪球面标准具结构分析与设计

在高精度的光学元件面形检测中,为了保证检测的精度,必须对高精度菲索干涉仪的标准镜的自重和温度变形进行严格地控制。针对高精度菲索干涉仪标准镜的精度要求,设计了一种新的标准镜装卡结构。采用有限元方法分析了标准镜在胶接方式下的表面变形情况,参考面表面变形峰谷(PV)值仅为9.6nm,均方根(RMS)值为2.1nm。同时对不同环境温度下参考面的变形进行了计算得出面形的峰谷值和均方根值。最后介绍球面标准具的装配过程。

应用高精度旋转法的干涉仪检测误差校正

针对利用高精度菲索型干涉仪和旋转平均法对光学元件进行面形绝对检测时对旋转精度的要求,提出了一种旋转误差校正模型来修正面形绝对检测中的旋转非对称项误差。首先基于经典N步旋转平均法理论,通过泽尼克多项式给出面形误差的数学表达形式;然后根据旋转角度所引起的误差修正泽尼克系数进而修正旋转非对称项误差;最后用数值仿真及实验的方法验证了校正模型的正确性。在旋转角度误差为0.1°条件下的仿真结果显示:N步旋转平均法所得面形误差RMS值为真实面形的10.13%,校正后面形误差RMS值为真实面形的6.79%;实验结果显示:N步旋转平均法所得面形误差RMS值为真实面形的10.28%,校正后面形误差RMS值为真实面形的5.77%。这些结果证明所提出的校正模型准确可靠,提高了旋转平均法的检测精度。

用于测量太赫兹的菲索波长计

给出了菲索干涉仪的工作原理,研究了用于测量脉冲太赫兹源的菲索波长计的特性。理论上计算了菲索干涉仪的楔角和干涉条纹间距与被测太赫兹波长的关系,给出了关系曲线。优化了用于太赫兹探测时菲索干涉仪的楔角值。

干涉仪仪器传递函数的检测方法

为了得到干涉仪的空间频率响应特性,开展了针对干涉仪的仪器传递函数的测评方法研究。建立了干涉仪成像系统的仪器传递函数的理论计算模型,利用光学设计软件仿真了菲索型干涉仪检测光路,计算并分析了该干涉系统的仪器传递函数的理论值。对基于特定频率点下的正弦位相板的方法测评干涉仪的仪器传递函数进行仿真分析,并与干涉仪的仪器传递函数的理论值进行了比对,其最大误差不超过0.6%,验证了该方法的正确性。

标准镜调整和面形误差对干涉测量的影响

采用Zemax光学设计软件进行干涉模拟,建立传统菲索干涉仪结构;对标准镜调整和面形误差对测量结果的影响做出模拟分析,得出对标准镜引入倾斜将会带来像差;分析了标准镜前后表面面形误差对测量结果的影响。

猫眼法绝对测量干涉仪出射波前

由于非共光路误差是菲索干涉仪进行高精度检测中最重要的误差因素之一,而非共光路误差是由于非理想的光学系统即干涉仪的出射波前不理想造成的,所以为了测量干涉仪的出射波前来评估干涉仪非共光路误差的大小,提出一种利用干涉仪猫眼位置绝对测量干涉仪出射波前的方法。该方法基于干涉仪自身的面形测量功能,操作非常简单,只需要一块反射镜就能够实现干涉仪出射波前的测量。该方法通过至少三个猫眼位置的测量得到干涉仪出射波前的自身剪切数据,然后通过基于旋转平移的绝对检测算法直接得到干涉仪的出射波前的二维波前数据。实验结果表明:该方面能够实现不包括Power在内均方根(RMS)值约为15 nm的测量精度。该方法能够准确测量干涉仪出射波前,从而评估干涉仪非共光路误差。

用于结构整体与局部健康监测的光纤超声传感器(英文)

本文提出并展示了两种光纤超声传感系统,一种是基于菲索干涉仪的结构,另一种是类萨格奈克干涉仪的结构.当系统中光纤传感器采用长跨度光纤时,可实现结构整体内部是否有微裂纹所导致超声发射的情况监测.系统中的光纤传感器部分也可以选用一段短光纤或绕成一个光纤环,从而实现单点的局部探测.文中分析了作为传感的光纤与超声的相互作用.实验上,将1 m长的光纤作为一段直线传感器和绕成光纤环形点传感器分别埋入混凝土试件中,进行了10、25和50 kH超声测量实验.结果表明,这两种光纤传感器均具无损检测的应用潜力.尤其是长尺度光纤传感器更适合于监测大尺度混凝土建筑结构的由于内部微裂纹的发生及其发展情况,对于评估结构的健康状况具有十分重要的意义.

光学系统纵向色差的仿真及验证

现有的焦距检测方法通常由于检测仪器光源波长与光学系统不完全匹配从而产生纵向色差影响检测结果。针对这一问题,研究光学系统纵向色差的变化规律,并确定在400 nm^1 000 nm波段用于表示其函数关系的Conrady公式和复消色差特性公式。根据光学系统近焦位置的离焦量与位置呈线性关系的特性,提出使用菲索干涉仪测量5种不同波长的焦距位置,获得单透镜和双胶合镜头的纵向色差曲线。实验结果表明:在400 nm^1 000 nm波段单色系统和消色差系统的纵向色差的函数关系分别符合Conrady公式和复消色差特性公式,研究结果为焦距的理论计算和精确检测提供了新的思路和参考。

PZT移相和CCD非线性对高精度球面面形检测的影响

为了提高球面面形的检测精度,对移相菲索干涉仪的球面测量方法中影响高精度球面面形检测的压电陶瓷晶体(PZT)移相误差和电荷耦合探测器(CCD)非线性误差进行探讨.通过理论分析和数值模拟的方法分别对PZT移相误差、CCD非线性误差进行具体分析,着重研究PZT移相误差和CCD非线性误差的综合影响.由五步移相算法,推导得出PZT和CCD的综合误差公式,对影响综合误差大小的主要因素如CCD二次非线性系数、条纹对比度和被检面曲率半径与口径的比值等进行分析.结果表明,提出的控制PZT和CCD综合误差影响的准则和相应的减小误差影响的方法,可以提高球面面形的检测精度.