光学材料光学不均匀性绝对测量误差分析

绝对测量技术去除了干涉仪参考面面形误差,可实现光学材料光学不均匀性的高精度测量。对现有主要光学材料光学不均匀性绝对检测技术进行了总结比较,针对像素错位、干涉图分辨率、干涉仪测量重复性、样品厚度以及折射率测量等因素对光学不均匀性绝对检测的影响进行了实验分析。实验结果表明:干涉仪重复性是光学不均匀性测量的主要误差。样品翻转测量法、样品直接透射测量法、平行平板样品测量法3种测量方法均可实现光学不均匀性（RMS）10-8检测精度。     

平行平板光学参数的快速高精度测量方法

提出一种基于特征多项式的波长移相干涉测量方法。首先,将该方法与两步绝对测量法结合,对多表面干涉技术进行理论研究;然后,以特征图和特征多项式理论为基础设计出一种加权多步波长移相算法,用于对平板的表面面形、光学厚度变化以及光学均匀性信息进行提取计算,并通过移相算法的评价函数及其傅里叶表达式展示了算法对误差的抗扰度;最后,将该算法与OPL算法进行对比。结果表明,所提方法在不同厚度平行平板光学均匀性的测量上具有速度快、精度高的优势。     

点源异位同步移相法检测平行平晶的光学均匀性

为了避免平行平晶测量时前后表面干涉的影响,基于点源异位同步移相原理,提出一种均匀性绝对测量方法.测量分为平行平晶前后表面干涉测量、平晶透射波前测量、干涉仪空腔测量三步.每步通过在同一时刻抓拍的四幅移相干涉图恢复波前,最终由三次测量结果计算平行平晶的均匀性分布.在非抗振平台上测试了一块厚度为60mm的光学平行平晶,被测样品均匀性偏差的峰谷值为ΔnPV=3.32×10~(-6),均方根值为ΔnRMS=2.63×10~(-7).检测结果与波长调谐干涉仪测量结果的峰谷值偏差为ΔPV=5×10~(-7),均方根值偏差为ΔRMS=-7×10~(-9),具有较高的一致性.所提方法在环境振动条件下对平行平晶均匀性检测精度可达1×10~(-6).     

大口径光学玻璃光学均匀性干涉绝对测量方法

在光学透射材料均匀性测量的各个方法中,干涉测量方法作为绝对测量方法,能摈除干涉仪标准面及待测元件的面形影响,具有很高的测量精度而逐渐被广泛使用。详细研究了使用干涉手段测量透射材料均匀性的方法,对其中材料切割角度所引入的误差进行了详细分析,并提出修正方法。同时研究了测量光学材料均匀性的拼接算法,实验表明：该方法可以实现用小口径干涉仪测量大口径玻璃材料的光学均匀性的目的,而且其测量精度很高。     

基于波长移相调谐的多表面干涉研究

为了解决不同厚度下平行平晶的多表面干涉效应对光学元件面形检测的影响,提出了基于波长移相调谐原理的多表面干涉面形检测方法。根据波长移相调谐原理,推算出不同厚度下被测元件与测试腔长的比例关系,通过对多表面干涉图进行离散傅里叶变换,进而提取出平行平晶前后表面面形的相位信息。实验结果表明:与ZYGO公司GPI干涉仪测量结果对比,厚度分别为10mm和40mm的两块平行平晶,测试结果偏差很小,验证了算法的有效性。     

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13 mm、口径为75 mm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.     

基于波长移相剪切干涉的准直波前重构技术

为了实现干涉仪出射准直波前的重构,提出了基于波长调谐移相的横向剪切干涉技术。干涉仪出射波前分别经楔板的前后表面反射,通过角锥棱镜返回后在干涉仪CCD上形成剪切干涉条纹。采用波长移相方法提取剪切干涉条纹的相位信息从而实现准直波前重构。分析相对剪切比对波面重构精度的影响,推导相对剪切比和其影响因素间的关系公式,给出波长移相中光程差常数分量的估算方法。测量干涉仪的三组出射波前,波前的峰谷值分别为3.22λ、2.10λ、0.83λ。该方法简化了传统测量干涉仪准直波前的横向剪切干涉装置,提高了测量精度,特别适合于测量波长移相干涉仪的出射波前。     

红外光学材料折射率均匀性的测量不确定度评定

基于多样品多型号仪器的测试信息及其GUM和MCM方法,讨论了四步干涉法测量红外光学材料折射率均匀性的测量范围及其测量不确定度评定。红外干涉测量的绝对灵敏度和准确度虽不及可见激光干涉仪,但采用了四步干涉测量的方法,消除了干涉仪的固有系统误差,有利于实现对红外光学材料折射率均匀性的高准确度测量。实际测试表明,该测量范围覆盖110-5～510-3,测量相对标准不确定度为210-1～210-2。     

光学材料光学均匀性检测方法分析

光学均匀性是光学材料的重要指标，直接影响到透射光学系统的波面质量，改变系统的波相差。惯性约束聚变（Inertial Confine Fusion，ICF）激光驱动器的研制要求对材料的光学均匀性进行高精度的检测，同时兼顾洁净度要求。实验中利用斐索干涉仪实现了大口径光学材料光学均匀性的检测，并与国外检测数据进行了对比，对检测过程中的影响因素主要包括样品的厚度测量偏差及折射系数偏差进行了分析。结果表明，样品的厚度测量偏差及折射系数偏差对结果的影响较小，可以忽略。同时用两种干涉仪专用软件对大量样品测量数据进行处理，对比了不同干涉仪光学均匀性的计算结果，表明这两种情况下对光学均匀性的处理结果相符，解决了大口径光学坯件光学均匀性的检测问题。     

长干涉腔波长移相计算的自适应相位筛选法

波长移相干涉仪可用于大口径光学元件的测试。其移相量需经过标定方可采用定步长移相算法计算相位分布。在长腔长测试条件下,由于激光器的波长调谐驱动源的精度有限,采用定步长移相算法求解相位分布的精度不高。在分析干涉腔长和波面计算误差的基础上,提出了一种自适应相位筛选计算方法。根据电压-相位标定曲线采集多组周期干涉图,对干涉图中的光强值进行均匀分布抽样后,对其进行随机移相计算,求取每帧干涉图精确的步进移相量,从中筛选出移相量为π/2的四帧干涉图,利用四步移相计算公式求得精确的相位分布。实验结果表明,在波长移相干涉仪中运用该方法,可以很好地解决长腔长测试条件下的相位计算问题,与未进行筛选的计算结果比较,其测试精度得到了显著提高。     

基于子孔径拼接技术的大尺寸光学材料均匀性检测系统

为实现大尺寸光学材料折射率均匀性的高精度、低成本检测,提出一种基于子孔径拼接技术的干涉绝对测量方法,并研制了一套由Zygo干涉仪、五维气浮调整平台、子孔径拼接软件、计算机等组成的测量计算系统。待测件安放在精密的五维气浮调整架上,通过移动调整架来对各个子孔径区域进行精密检测,再利用子孔径拼接软件自动拼接计算出全口径待测件的光学均匀性分布。对直径为300mm的石英待测件进行了口径为180mm的8个子孔径拼接检测实验,并将拼接所得结果与全口径干涉仪直接测量的结果进行了分析和比较,波面峰谷值相对误差为0.21%,光学均匀性值相对误差为0.23%,精度与大口径干涉仪直接测量的精度相当,实现了绝对检验下的平面类波前子孔径拼接技术的实用化。整套系统集光、机、电、算于一体,操作简便,测量精度高。     

宽带波长可调固体染料光放大的实现

对有机染料4－Dieyanomethylene-2-methjyl-6-(p-dimethylaminostyryl)-4H-pyran(DCM)掺杂的PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）以及DCM掺杂的PMMA／凝胶玻璃复合材料平面光波导中的放大自发辐射进行了研究。实验表明,通过合理地控制波导层的折射率及厚度,可以在较宽范围内选择放大自发辐射的波长,从而实现波长调谐,波长调谐范围可达30nm。该方法可应用于固体可调谐激光器及光放大器的宽带调谐。     

同步辐射用光学元件面形绝对检测方法的研究

为实现同步辐射用光学元件面形的绝对检测,发展了镜面旋转对称三平板检测法。该方法将菲佐干涉法检测到的波前函数关于y轴分解成镜面对称部分与镜面非对称部分,再利用N次旋转取平均值消除镜面非对称部分,从而通过计算获得待测平面的绝对面形分布。推导了镜面旋转对称法检测矩形平面镜面形的公式,应用该方法设计了高精度矩形平面镜的测试实验,并进行了误差分析。实验结果表明,与传统三平板绝对测量方法相比较,两种方法在高度轮廓误差和斜率误差方面的计算结果都符合较好,其对比后的残差均方根(RMS)值分别为λ/500(λ=632.8nm)与0.93μrad。     

A Reconfigurable Microwave Photonic Channelized Receiver Based on Dense Wavelength Division Multiplexing Using an Optical Comb

A photonic approach to implementing a microwave channelized receiver based on dense wavelength division multiplexing using an optical comb is proposed. In the approach, a flat optical comb with 11 comb lines is generated using two cascaded Mach-Zehnder modulators. Frequency analysis of a microwave signal with multiple-frequency components is realized by using the optical comb together with an optical etalon with a periodic transfer function, a wavelength division multiplexer (WDM) and a photodetector array. The system is investigated numerically. Frequency measurement of a multi-frequency signal with a measurement range from 0.5-11.5 with an accuracy of ± 0.5 GHz is achieved. The reconfigurability of the system realized by tuning the comb-line spacing and the peak positions of the etalon is also evaluated. The improvement of the dynamic range of the system using an optimized periodic filter is also discussed.     

椭圆形平面镜的高精度面形重构技术

为了实现大口径椭圆形光学平面镜的高精度面形测量,提升大口径望远镜系统的像质,本文对椭圆形平面反射镜面形的绝对检测算法进行了研究。首先,对椭圆形镜面进行了多项式正交化拟合研究。接着,对绝对检测算法进行了理论研究,利用正交化绝对检测算法可以有效分离参考镜与待测镜的面形误差,从而实现待测椭圆形平面镜面的高精度面形重构。为了证明上述方法的实际检测精度,本文对250 mm×300 mm的椭圆形镜面进行了绝对检测模拟与检测实验。对参考镜面形精度不高的情况进行了仿真计算,实验中利用光阑在Zygo300 mm口径标准平面镜头中选取250 mm×300 mm椭圆形检测区域,采用150 mm口径Zygo干涉仪对上述椭圆形区域完成绝对检测,并基于上述正交化绝对检测算法对椭圆形平面镜实现了面形重构。实验结果表明,利用本文所述方法可以实现参考镜与椭圆形待测镜面的面形误差分离,绝对检测结果的残差图RMS(Root-mean square)值为0.29 nm,证明了本文所述方法的可行性。利用上述方法可以实现椭圆形平面反射镜的高精度面形重构。     

旋光性非共线型AOTF温漂及波长修正策略

现有声光可调谐滤光器(AOTF)调谐关系大多忽略旋光性影响,忽略旋光性将影响声光滤波器的准确设计,并会进一步影响其滤波性能,故推导了旋光率与衍射波长之间的关系,进而得到考虑旋光性的AOTF衍射频率-波长调谐关系;针对AOTF衍射波长在不同温度下存在温漂,因此影响AOTF的光谱分辨率,从温度影响超声声速出发,分析得到AOTF衍射波长在不同温度下与驱动频率的关系,提出在不同温度下采用频率修正的方式跟踪衍射波长。根据考虑旋光性推导所得AOTF调谐关系、考虑到实时跟踪温度、频繁变换驱动频率容易对系统造成破环,影响使用效率,因此采用10 ℃为一个温度段,在一个温度段内根据中间温度使用一个驱动频率对AOTF进行调控,每一温度段有相应的驱动频率-衍射波长对应关系,叙述了具体的实现办法,并做了相应的实验验证。实验表明,通过频率修正之后在相应温度下得到的衍射波长,与普通室温未修正频率下得到的衍射波长相比,前者与目标波长更相近,误差减小一个数量级。为AOTF在不同温度下的高精度光谱测量提供了重要的依据,具有重要的实用价值。     

Absolute surface form measurement of flat optics based on oblique incidence method

In this Letter, a test method based on oblique incidence is practically implemented in the interferometric measurement process. Three sets of wavefront data are achieved through cavity interference measurement with a Fizeau interferometer and one oblique incidence measurement. An iterative algorithm is applied to retrieve the absolute surface shape of the test flat. By adding two sets of measurements, the absolute surface error of the interferometer's reference flat can be obtained. The new method can not only calibrate the reference flat error of interferometer, but also provide the absolute measurement method for high precision optical components applied in high power laser systems.     

基于适度光反馈自混合干涉技术的振动测量

光反馈自混合干涉技术是一种新浮现的有别于传统双光束干涉的一类新的测试技术。为了在适度光反馈下进行振动的精密测量,提出了一种基于适度光反馈自混合干涉技术的振动测量方法。经对光反馈自混合干涉信号条纹分析,发现通过选定合适的光反馈水平及激光器线宽展宽因数,可以得到锯齿干涉条纹。这种干涉信号不仅包含振动幅度信息也包含振动方向信息。该振动测量方法利用锯齿干涉条纹的特点,首先通过条纹记数实现大范围振幅粗测,具有半波长位移分辨力;然后基于适度光反馈下小数条纹的特点,给出了小于半波长位移测量的线性表达式,从而实现位移的精测。仿真计算表明,该方法可以实现大量程高分辨力振动位移测量,在叠加20 dB的噪声下,振幅测量相对误差平均为0.5%。