子孔径共相位作为光学综合孔径成像的关键技术之一，其成像相位调制的精度要求小于0.1λ(λ为入射光波长)。为满足高精度要求并兼顾大调节范围，利用压电陶瓷管内的填充透明液体构造液体光学调相器，通过压电效应在通光方向产生的微量电位移进行光学相位调节。实验使用波长为632.8 nm的迈克耳孙干涉仪装置，采用定线灰度化图像处理方法，在0～28.0 V电压下检测到调相器的调相范围为0～4π(外加电压为150.0 V时可拓展至0～20π)，调相精度达到λ/36，满足光学综合孔径子孔径相位调制的要求。

三维微结构在光陷阱、隐身与光场调控、超高压密封、人工生物材料等领域具有重要的应用价值。三维微结构的加工制造方法, 包括激光直写、光刻、电子与化学蚀刻等先进制造方法发展迅速, 其检测仪器有扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、激光共焦显微镜、低相干干涉显微镜, 但这些检测仪器一直受到西方发达国家垄断。阐述国内在低相干干涉显微测量方法方面的研究进展, 包括干涉显微镜的光学设计方法、装校流程、宽谱低相干干涉图处理与微结构形貌复原方法, 并给出了不确定度评定结果。结果表明: 仪器三维形貌合成不确定度为0.9 nm, 最大微结构轴向分辨率为0.13 nm。

选择合理的相位解包裹算法是提高检测精度的重要保证, 由于检测过程噪声的影响不可避免, 因此需要在数据处理过程中考虑到算法的噪声处理能力。为了能准确地处理含强噪声的包裹相位图, 从最小二乘解包裹算法的原理出发, 具体分析了基于离散余弦变换的最小二乘法(DCT-LS)及在其基础上发展起来的三种优化算法的特点, 并对不同噪声条件下的解包裹计算结果进行了对比研究。仿真结果表明: 四种算法针对不同类型的噪声处理效果各异, 比较而言LS-LS抗噪能力最强, 在强噪声情况下解包裹结果的残差值仅为1.171 8 rad, 远小于其他三种算法, 且唯一具有较好的抗欠采样能力。

传统光学干涉检测方法为相对检测法,检测精度一般受限于参考面面形精度,利用绝对检测技术可消除参考面面形误差对干涉测量精度的制约, 从而可以实现纳米级精度的面形测量。首先介绍了N位旋转平均绝对检测方法和斜入射绝对检测方法;然后对这两种检测方法和面形恢复过程中运用到的三种算法(旋转平均算法、迭代算法、奇偶函数算法)进行了理论推导和模拟仿真分析;最后通过实验验证了这三种方法恢复的面形精度及其可行性,并对各方法的优缺点和适用性进行了分析比较。最终实现了100 mm口径平面镜峰谷(PV)值近λ/40的高精度干涉仪标准平晶绝对面形的测量。

针对时空上下文算法易发生漂移以及在目标跟踪丢失后不能重新找回目标的问题, 提出了一种融合Vibe前景检测和时空上下文的运动手势跟踪算法。首先使用时空上下文算法对手势预估计并进行干扰检测, 当检测到干扰发生时, 使用Vibe算法对时空上下文算法的预估计结果进行校准, 并更新目标模型。该方法的优势在于, 采用无参数模型的Vibe算法校准手势跟踪全过程。实验采用重叠度成功率和中心偏差作为评价体系, 实验结果表明, 改进算法比原算法跟踪成功率提高60%。该方法增强了运动手势跟踪效果, 提高了时空上下文算法的鲁棒性。

针对采用离轴三反(TMA)光学系统的空间相机中光学系统主镜和三镜的轴向位置接近的特点, 提出了主三镜共基准一体化结构来提高光机结构的精度和稳定性。利用一块高刚度、高度轻量化整体背板替代分离的主镜和三镜背板, 以实现主镜和三镜光学加工、检测和装调的基准统一。由于此整体背板同时也是主框架的组成部分, 故降低了结构整体重量, 提升了光机结构动/静态刚度。对采用主三镜共基准一体化结构的空间相机进行干涉检测, 结果表明主镜和三镜的各视场镜面面形最大分别为0.024λ和0.013λ, 均满足光学公差要求。对铝结构样机进行了多入多出(MIMO)自由模态测试, 测得一阶模态频率为48 Hz, 对应原理样机一阶约束模态频率114 Hz, 满足结构刚度要求。在离子束光学精加工过程中, 通过分时对主镜和三镜进行加工, 省去了主镜和三镜分离结构加工用的散热时间, 加工效率提高了约50%。主、三镜共基准一体化结构的应用提高了离轴TMA空间相机的性能和光学精加工效率, 为高分辨力宽视场空间相机的光机结构设计提供了参考。

随着光学元件的广泛应用,对光学元件面形检测提出了更严格的要求。目前常用的检测光学元件面形的方法有数字刀口检测技术和干涉检测技术,比较这两种方法的检测原理及优缺点,提出了一种适用于工厂在线检测的三维检测方法——投影检测技术。用该方法的检测原理和关键技术对光学元件进行实验验证,证明了投影检测技术这一新方法具有实际应用价值。

介绍了一种光纤探针同时作为光源和探测器的反射式扫描近场光学显微镜,该装置通过采用相干探测、偏振分光等技术克服了该类显微镜所普遍面临的噪声背景干扰问题,具有较高的光学信噪比,并通过样品纵向振动调制锁相实现了对样品表面光强梯度信号的探测成像,进一步改善了成像质量。成像研究表明该装置可对近场衰逝分量进行有效探测并实现了超衍射极限成像。