用于线宽测量的偏振干涉共焦显微测量方法

提出一种融合共焦显微技术和偏振干涉技术的偏振干涉共焦显微测量方法。利用共焦技术进行准确的焦点定位,以获得最佳的测量光斑;同时,利用照射到台阶边缘的不同偏振方向(平行和垂直于台阶边缘)的线偏振光反射后产生的相位变化不同这一特性,进行边缘定位。相位变化是利用外差干涉测相的方法得到的。这一系统完全符合共光路原则,有很强的抗干扰能力。利用该系统对标准线宽样板进行了测量,测量结果与中国计量科学研究院用原子力显微镜测量的结果,以及厂商提供的可溯源到美国NIST光学线宽标准的测量值都符合的很好;还对同一刻线进行了5次重复性测量,其极限偏差为20nm。

具有纳米级分辨率的超精密定位工作台

柔性铰链精密定位工作台具有直接传动、无摩擦、结构紧凑、重量轻、刚度好及分辨率高等优点。设计了一种具有较大传动比的定位工作台 ,介绍了其系统结构和工作原理 ,并对刚度性能作了分析。利用双频激光干涉仪对压电陶瓷驱动下的工作台特性进行了测量。结果表明 ,该工作台具有纳米级的分辨率和定位精度。

高测速双频激光干涉仪及其性能检测

新型驱动电机和高速传动器件的发展使得数控机床和三坐标测量机等的运行速度已经达到1000mm s,而目前商用外差干涉仪的测量速度不能完全满足这一要求。为此,研制了一种基于5MHz频差双频激光器的高测速干涉仪,理论上的最高测量速度可达1580mm s。通过实验对测量速度和计数频率进行了检测,结果证明,这种干涉仪可以达到的最高测量速度为980mm s,外触发计数频率达11kHz。

双频干涉共焦台阶高度测量系统

提出了一种以低频差横向塞曼双频激光器作光源的外差干涉共焦显微测量系统 ,该系统通过共焦显微的光强测量进行粗定位 ,其轴向台阶高度测量范围在 5 μm以上。同时采用相位测量技术 ,实现了对半波长的 36 0 0细分 ,从而使测量分辨率达到 0 1nm。由此同时满足了高测量精度和较大测量范围的要求。实验结果表明系统在没有恒温的普通实验室条件下 1h内的漂移不超过 15nm ,与差动纳米双频干涉仪的比对结果线性系数在 0 9999以上 ,非线性误差约 10nm。

基于级联分数傅里叶变换系统的数字水印技术

提出一种基于分数傅里叶变换和随机相位编码的光学加密数字水印技术,可成为一种信息隐藏及保护的有效方案。该数字水印技术对于噪音叠加和常见的图像处理操作具有较强的稳健性。该技术根据光学级联分数傅里叶变换系统,利用两个随机相位分布函数对水印信息编码并经过迭代分数傅里叶变换嵌入到变换域的载体图像中。在水印检测和提取过程中,两个相位分布函数作为密钥。随机相位编码技术的引入,进一步提高了数字水印系统的密钥空间,增强了系统的安全性。该数字水印技术基于光学分数傅里叶变换原理,可以利用光学变换系统方便地实现。

用于PZT调制干涉仪的外触发式差动数字鉴相技术

基于相位测量的外差干涉系统以其信号处理方面的优势在光学计量领域得到了广泛的应用。介绍了采用机械调制方法的差动单频干涉系统的干涉信号小数级次的相位测量实现方法。针对机械调制干涉系统的信号有相位跃变点且周期不均匀的特点 ,提出了利用外触发信号对干涉信号进行整周期截取而后再鉴相的方法。研制了基于 FPGA的外触发式差动数字鉴相系统。实验测试表明 ,该鉴相系统在信号频率为 30 0 Hz～ 10 k Hz范围内达到的指标为 :示值稳定性优于± 0 .0 15°,极限偏差小于± 0 .0

散斑调制用于提高体全息相关器的识别率

体全息相关器能够进行快速的光学并行相关识别,但是在相关识别的过程中,页间串扰导致相关结果中旁瓣太多,影响了相关峰的判断,大大降低了相关器的识别准确率。为了抑制旁瓣,对传统的体全息相关公式中所产生串扰的因子进行了分析,引入了随机函数的自相关函数作为调制因子对公式进行修正,可以实现在水平方向和竖直方向同时抑制旁瓣,抑制效果与全息图的厚度无关。并提出在相关器的物光光路中物的前方放置随机相位器,实现对物函数的散斑调制。理论分析、数值计算及实验结果表明,该方法可以抑制旁瓣,突出相关峰,提高体全息相关器的识别准确率和通道密度。

具有成像功能的多重体全息光栅光谱色散器件

根据体全息光栅的透镜作用,使用平行光和会聚光记录多重光栅,光谱无需会聚透镜即可成像。在器件的设计中,分析了LiNbO3晶体材料色散的影响,并实验中对曝光时序实时监控,制作了8重光栅的光谱成像色散器件,整个输出谱面的宽度尺寸为8mm。

用伪色差概念和PW方法设计双折射透镜初始结构

双焦点干涉显微镜因其高稳定性和高分辨率的特点而受到重视 ,其核心元件双折射透镜由一片双折射晶体和一片光学玻璃胶合而成。为了双折射透镜的设计工作方便 ,引入“伪色差”概念 ,定义“伪色散倒数” ,从而可以借用现有的初级像差理论 ,运用PW方法 ,给出满足不同设计要求的三种双折射晶体和三种玻璃配对的双胶合透镜的初始结构表格 ,在不同的应用场合 ,可用OSLO软件进行像差计算和优化设计 ,取得需要的结果。为了便于评价这种特定的结构 ,定义紧凑因子γ作为一个评价指标。给出采用方解石和ZF1作材料的设计实例 ,该设计结构紧凑 (γ =0 .2 5 )。

基于多重体全息光栅的光谱器件的研究

提出了一种新型的基于多重体全息存储的光栅光谱仪。在光折变晶体Fe:LiNbO3中的同一位置采用角度与波长混合复用的方法记录多个光栅,它们对相应波长的光具有光谱色散功能;采用布喇格角度与波长补偿的方法,它们还可以通过单一波长的激光器进行记录。给出了该器件的工作原理和参数设计,并在实验上制作了10通道的光谱间隔为10nm的光谱器件。实验结果表明,该光谱器件具有设计灵活、光谱范围宽、光谱分辨率高和衍射效率高等优点。

旋转光栅调制傅里叶变换频谱仪

提出了一种基于圆盘旋转光栅调制的傅里叶变换光谱仪 (FTS) ,光栅同时实现了分束和外差调制的功能。分析了三种实现分光的方案 ,通过对三个波长分别为 670nm ,63 3nm和 5 3 2nm的激光进行了频谱测量实验 ,结果表明该光谱仪具有良好的稳定性和抗干扰能力 ,经调制后测量灵敏度倍增 2 0倍 ,尤其适用于微弱信号测量和近红外领域。