西安工业大学光电工程学院,陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室,陕西 西安 710021
提出了一种基于光强迭代的单幅干涉图相位提取方法,实现了对单幅干涉条纹图的高精度相位提取。首先通过对原始干涉图进行预处理得到初始相位;将初始相位引入到干涉条纹图的强度表达式中,利用最小二乘法初步得到背景光和调制光;再将初步估计的背景光和调制光代入最初干涉图的强度表达式中以求解待测相位,比较得到的待测相位和初始相位,若不满足迭代精度要求,则重复上述相位求解过程并实现迭代,若求解的相位与初始相位的均方根差值满足收敛条件,则停止迭代。进行仿真和实验研究,得到的100 mm口径平面元件的测量提取结果与实际相位一致。结果表明,该方法在具有较高检测精度的同时能够有效地保证算法的稳定性。
测量 干涉测量 单幅干涉图 迭代方法 最小二乘法
1 山东大学 信息科学与工程学院,山东青岛266237
2 山东大学 激光与红外系统集成技术教育部重点实验室,山东青岛6637
3 中国电子科技集团公司第四十一研究所,山东青岛266555
光学干涉测量技术得益于高灵敏性和高重复性常用于位移等几何量的高精度测量。为了实现纳米级位移精确测量,以涡旋光与平面波干涉模型为基础,建立并验证了花瓣状干涉图旋转角度与位移的线性关系,提出一种微位移测量方法。位移测量模型使用涡旋光束干涉光路,经仿真验证了原理的可行性,并搭建位移实验系统进行测量实验。实验结果表明,当位移量为200.0 nm时,测量结果为196.3 nm,误差为3.7 nm,误差百分比为1.9%,可实现纳米量级的微位移测量。与传统的球面波干涉、共轭涡旋光干涉等位移测量方案相比,该微位移测量方法在测量可靠性和测量精度方面均具有明显的优势。
干涉测量 涡旋光 微位移 平面波 interferometry measurement vortex beams micro-displacement plane wave 光学 精密工程
2022, 30(17): 2058
1 中国工程物理研究院 机械制造工艺研究所,四川绵阳62000
2 清华大学 精密仪器系,北京100084
相位解包裹是光学干涉测量的关键环节,要求计算速度快、精度高、适应性强。根据包裹相位不同级次间存在明显边界的特点,本文提出数学形态学区域分割的快速相位解包裹算法。首先,采用数学形态学提取边界并分割相位区域。然后,计算区域之间的相位差异以确定各区域的相位级次和抬升值,判断边界点归属以确定边界各点抬升值。最后,根据抬升值对各区域相位进行整体抬升,最终获得空间上连续分布的相位。仿真和实验表明:基于数学形态学的解包裹算法对于1 000×1 000 pixels像素的相位处理时间在1 s以内,仅为经典的最小二乘算法用时的1/4,且相位自身边界、无效区域、噪声等因素对解包裹效果并无影响。该算法具有速度快、适用性强、精度较高等优点,在动态光干涉、光全息、光栅条纹投影轮廓测量等对运算速度要求较高的测量场景中有广泛的应用前景。
干涉测量 相位解包裹 数学形态学 区域分割 interferometry measurement phase unwrapping mathematical morphology region segmentation 光学 精密工程
2021, 29(11): 2724
红外与激光工程
2021, 50(6): 20200329
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
2 中国科学院大学, 北京100049
本文提出了一种全玻璃材料的光纤耦合器以实现高精度, 高稳定的干涉测量。首先, 介绍了干涉测量系统的工作原理以及光纤耦合器的系统设计, 然后通过理论分析选取了非球面透镜, 并根据具体的透镜参数进行了数值分析以及软件分析。接着进行了光束参数匹配度以及光束矢量匹配度的容差分析以及结构的热分析。最后结合理论分析以及精密的装调手段完成了光纤耦合器的制作。实验结果表明: 光斑尺寸相对于仿真结果的误差约为34%, 两光斑尺寸差异为09%, 偏心距离低于40 μm, 夹角约为60 μrad, 基本满足干涉测量系统的使用要求。
空间引力波探测 干涉测量 光纤耦合器 光斑 space gravitational wave detection interferometry measurement fiber-optic coupler spot
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
在分析Ronchi 相移剪切干涉仪典型系统参数的基础上,系统研究了该干涉仪相位提取精度的主要影响因素。结合传统的五步相移算法,采用所提出的八步与十步相移算法,对Ronchi相移剪切干涉仪的相位提取误差进行理论分析和仿真计算。仿真结果说明,八步和十步相移算法可以有效地消除多级衍射光寄生干涉对相位提取精度的影响,且十步相移算法比八步相移算法具有更高的相位提取精度;为了提高测量精度,要求相移误差优于2%;探测器位数大于10位;光栅周期误差小于1%;光源空间相干性低于0.1。通过采用不同的相移算法、剪切率和光源空间相干性的三组对比实验,对理论分析的正确性进行了验证。
测量 干涉测量 Ronchi相移剪切干涉仪 波像差检测 相位提取误差 光刻投影物镜
对于复杂的非定常流动,流场的测量往往要求无干扰、非接触,并且能够瞬时记录流场的信息。采用光干涉方法对放气系统流场的气压变化进行了测量。在加压法测量空气折射率的迈克尔逊双光束干涉实验装置中,引入特制激光功率计和孔状光阑,记录在自由放气过程中等倾条纹中心强度变化与时间的关系曲线,通过折射率与压强和质量流之间的对应关系,进行流场流速的无干扰、非接触的瞬时测量。实验证明这种测量方法响应度好,准确度高。
流场测量 激光 光学干涉测量 激光功率计 flow measurement laser optical interferometry measurement laser power meter
西安工业学院,陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室,陕西,西安,710032
介绍利用激光干涉与数字图像处理技术以及应用FFT分析干涉条纹方法,分析并解决测量端面长度标准中条纹图的处理技术.应用这种方法不但提高了测试过程的自动化程度,而且大大地提高了测量精度.文中给出了最典型的端面长度标准量块的干涉条纹小数部分的实测结果.
量块 激光干涉测量法 干涉条纹处理 gauge blocks laser interferometry measurement interference fringes processing