用虚光栅移相莫尔条纹法测量光学元件的角度偏差

引入一种处理静态干涉图的新方法———虚光栅移相莫尔条纹法,详细介绍了此方法的原理。它是一种基于虚光栅技术、移相技术和莫尔技术的载频图像处理方法,用这种方法处理一幅加有载频的干涉图时,可以实现干涉条纹移相的效果,且没有移相误差。以玻璃立方体楔角为例,介绍了虚光栅移相莫尔条纹法在光学元件的角度偏差测试方面的应用,给出了实验结果,并与ZYGO的测试结果进行比对,结果吻合,从而证实了这种方法的可行性。测量精度可达到0.1″,因此可应用于对角规精度的标定。

用虚光栅移相莫尔条纹法测量小球面曲率半径

随着近代光学、光通信等领域的迅猛发展,光学元器件的微小化已成为一个重要的发展趋势。球面是微小光学元件常见的一种面形。研究了一种基于虚光栅移相莫尔条纹术测量小球面曲率半径的方法。实验以Askania环形球径仪配备的曲率半径为17.92mm的标准凸球面样板为例,利用干涉显微镜拍摄了一幅含有载频的被测球面非接触干涉图,通过运用4幅虚光栅、图像相乘、频域滤波和四步移相等算法得到了被测球面的曲率半径。测量均值为R=17.97mm。实验结果表明:用虚光栅移相莫尔条纹法测量小球面曲率半径是完全可行的。

利用空域滤波虚光栅叠栅法提取干涉图波面

虚光栅叠栅条纹法是一种利用单幅干涉图提取波面信息的方法,为了解决叠栅条纹的滤波问题,提出了一种基于高斯函数的空域滤波法。利用高斯函数在空域中对叠栅条纹图进行模糊处理,滤除不需要的高频分量,仅保留包含波面相位信息的低频分量。重点研究了高斯函数滤波窗口的选择和干涉图的载频之间的对应关系。该方法具有计算量小、易于选取滤波窗口的优点。对一光学平面的面形测量结果表明,利用空域滤波虚光栅叠栅法提取的波面[峰谷(PV)值为0.080λ,均方根(RMS)值为0.020λ,λ=632.8nm]与利用Zygo GPI干涉仪的四步移相法得到的波面(PV值为0.079λ,RMS值为0.017λ)相吻合。

用短相干光源测量平行平板玻璃的光学均匀性

为了解决传统干涉绝对测量法不能测量前后表面平行度很好的光学玻璃和晶体均匀性问题,提出了在以短相干光为光源的泰曼-格林干涉仪上,通过调整参考光路的光程,使被测样品的前后表面分别处在零光程差位置,这样从样品两面反射回来的光就不会同时满足和参考光相干涉的条件,从而解决了前后面的反射光干涉混叠问题.用虚光栅移相莫尔条纹法处理采集到的干涉图,得到位相数据,代入绝对测量法的计算公式,得出待测样品的折射率分布.对厚度为13mm、口径为75mm的光学平板玻璃进行测量.结果表明,光学均匀性检测准确度可达到2.6×10-6,被测样品折射率偏差的峰谷值为Δnpv=6.06×10-6,均方根值为Δnrms=8.96×10-7.

移相器微位移旋转误差的分析及测试

以压电陶瓷(PZT)微位移器为主要研究对象,引入一种处理静态干涉图的新方法——虚光栅移相叠栅条纹法,设计实验对一台实际使用的移相器微位移旋转误差进行测试研究,对其引起的波面旋转情况进行了定量的计算分析,并给出测试结果·用虚光栅移相叠栅条纹法处理实验中加有载频的干涉图时,不需要使用任何移相器件,可以进行动态位相的检测,整个移相过程用计算机进行控制,避免了引入额外的移相误差·

基于单幅干涉图的溶液浓度变化量测量

溶液浓度变化量的测量在材料、生物医学等领域具有重要的研究意义。为快速、非接触地测量溶液浓度的变化量,在马赫曾德干涉仪基础上构建测量光路,采用虚光栅莫尔条纹法处理含有浓度变化信息的单幅干涉图,借助对干涉图中溶液区域外部干涉条纹的分析,解决了常规虚光栅莫尔条纹法难以处理条纹密度分布不均匀的干涉图的问题。实验定量测得了NaCl溶液浓度变化量的分布情况。

基于短相干光干涉的平行平板型光学元件面形测量

为了解决使用激光干涉仪测量平行平板光学元件面形时会产生干扰条纹的问题,提出了一种利用短相干光干涉测量平行平板光学元件面形的方法。在泰曼-格林干涉仪中使用钠光为光源,由于钠光为短相干光源,当参考面与被测平板前表面光程匹配时,平行平板后表面的反射光无法与参考光和测试光干涉,从而避免了干扰条纹的产生。测量时采集到的为单幅干涉图,使用虚光栅移相叠栅条纹法从中提取波面数据,即可得到平行平板光学元件的面形数据。实验测量了一平行平板光学元件的面形,其面形数据与使用Zygo干涉仪测得的结果吻合。