面向微光学元件表面形貌测量的涡旋相移数字全息技术

非接触、无损害的相移数字全息技术对微光学元件检测具有独特优势。因传统的相移数字全息技术需要对相移器进行精细控制和繁琐校准,同时其光路易受到机械振动干扰,导致全息再现像的质量降低。本文借助涡旋光特殊的相位分布,提出了一种基于涡旋相移数字全息的微光学元件表面形貌测量方法。该方法利用螺旋相位板调制涡旋相位,引入高精度相移。基于构建的涡旋相移数字全息显微实验装置,采用干涉极值法确定了相移干涉图之间的真实相移量,并对螺旋相位板的旋转角度与相移量的关系进行标定,实验验证了涡旋相移的可行性;对微透镜阵列进行了重复测量实验,将测试结果与ZYGO白光干涉仪的测试结果进行比较。结果表明:测量得到单个微透镜的平均纵向矢高为12.897μm,平均相对误差为0.155%。所提方法可以实现对被测微光学元件表面形貌的高精度测量,具有易操作、稳定可靠、准确性高等优点。

基于光学涡旋相移技术的离面位移测量

设计了基于光学涡旋相移技术的离面位移测量实验方案,实现了电子散斑干涉中相移的数字控制.该方法利用输入液晶空间光调制器中的叉形光栅产生涡旋光束,通过涡旋光束绕轴的旋转产生相移;同时,产生的涡旋光束又作为参考光与物光干涉.实验中,在物体发生离面位移前后依次输入四幅叉形光栅,产生相移步长为π/2的涡旋光束,利用CCD获得涡旋光与物光的干涉光场,从而获得离面位移场的包裹相位;再通过解包裹,获得物体离面变形的相位变化.光学涡旋相移法可应用于离面位移测量.

涡旋光的干涉特性及其在变形测量中的应用

将涡旋光应用于电子散斑干涉,测量变形物体的离面位移.把传统的电子散斑干涉测量技术与液晶空间光调制器相结合,将所获得的涡旋光作为参考光或者物光进行变形测量.推导出物光为平面光、参考光为涡旋光,和参考光、物光均为涡旋光时物体变形后的干涉强度公式,模拟计算了变形后的干涉图样,分析了变形图样的特征.运用四步相移方法得到了物体的变形相位公式,通过解包裹得到了物体的变形相位.模拟计算得到的三维相位分布图与物体离面位移的变形相位理论值的三维分布图相吻合.模拟实验结果表明,涡旋光可以应用于物体的变形测量,为变形测量提供新的途径.

青藏高原大气低频振荡与低涡群发性的研究

本文指出，夏半年青藏高原低涡具有群发性，即低涡集中在某些时段连续不断地发生，而在另一些时段又不发生的特征。高原低涡的群发时段与高原大气低频振荡位相转换和垂直结构以及高原大气高频扰动的强弱有联系。这种联系，可能是高原大气扰动──高频部分与低频部分之间的相互作用。

液体流量测量方法研究

随着工农业的发展,水资源利用率和供需之间的矛盾愈发激烈,注重节约能源,提高经济效益和产品质量显得尤为重要。在工业生产过程中,为了有效监测生产过程,通常需要对生产过程中的各种液体介质进行测量,用以管控生产;在农业生产中,对灌溉用水等的计量有助于达到水资源利用最大化,所以流量计量在工业生产和日常生活中起着越来越重要的作用。目前,流量测量方式多种多样,而其中基于速度式的流量计应用最为广泛。本文通过大量文献调研,介绍了几种常见的速度式液体流量计的原理和发展历程,并探讨分析了其各自的优缺点及适用场景等,为从事流量测量研究工作提供了一定基础指导。

涡旋光用于物体面内位移变形测量的模拟

提出了一种利用涡旋光进行面内位移测量的新方法。将传统的电子散斑干涉测量技术与液晶空间光调制器(SLM)相结合,把利用SLM所获得的涡旋光应用于双光路电子散斑干涉,从而测量变形物体的面内位移。推导出了以平面光为物光、涡旋光为参考光以及涡旋光为参考光、物光时物体发生面内变形前后的干涉强度公式,模拟了变形前后的干涉图样,分析了干涉变形图样的特征。运用四步相移方法求出了物体的变形相位公式,通过解包裹得到了物体的变形相位。模拟结果与利用传统电子散斑干涉测量系统结合傅里叶变换法获得面内位移的变形相位分布是一致的,表明涡旋光可以应用于物体的变形测量,为物体面内位移变形测量提供了一种新途径。

基于涡旋光多普勒效应的旋转柱体转速探测

作为具有螺旋形相位、携带有轨道角动量的结构光束,涡旋光的多普勒效应与经典平面波束多普勒效应相比,多出了垂直于光束截面内的相对运动引起的频移分量。建立速度-坡印廷矢量模型和相位调制模型来研究涡旋光的线性与旋转多普勒效应,得出了复合运动下涡旋光多普勒频移的产生规律。在此基础上,针对旋转柱体这一典型的空间运动目标,采用两种模型分别对其表面产生的多普勒频移进行分析,得到的相同结果证明了理论分析方法的正确性。揭示涡旋光探测旋转柱体的频移分布规律,并探究了不同涡旋光半径和不同柱体尺寸对探测结果的影响。