扫描干涉场曝光系统中干涉条纹周期精确测量方法

扫描干涉场曝光系统中的干涉条纹周期是相位锁定系统的重要参数,为精确测量干涉条纹周期,根据扫描干涉场曝光系统的特点提出了分束棱镜移动测量干涉条纹周期的方法,根据高斯光束传播理论,分析了该方法的理论误差;提出了周期计数法对周期测量数据进行计算。为降低对系统二维工作台运行及稳定精度的要求,提出了小行程高精度位移台辅助测量周期的方法,并进行了相关实验验证。结果表明:小行程位移台辅助周期测量方法在原理上可行,对于干涉条纹线密度1800 line/mm的系统参数,小行程位移台辅助周期测量的重复性可达到1.08×10-5(σ值),曝光实验的实测值与理论模型之间一致性较好,验证了该周期测量方法的可行性。     

纳米级两维微位移工作台的参数测试

为了分析纳米级两维微位移工作台引入的测量误差 ,介绍了其机械结构及工作原理 ,进行了定位准确度实验和运动方向的直线度 (偏摆 )实验 ,实验结果表明 ,工作台的定位准确度较高 ,运动方向的直线度在工作台工作范围内无需修正 ,即可满足高精度测量的需要     

基于干涉条纹图像对比法测量微位移

研究了基于迈克尔逊干涉条纹对比法测量微位移的实验。用He-Ne激光器、反射镜和分束镜组成的干涉光路,其中一个反射镜固定在被测物体上,通过被测物体的移动带动反射镜移动使干涉光路发生变化,从而导致干涉条纹的改变。在形成干涉条纹的位置利用线阵CCD采集干涉条纹图像,用序列图像对比的方法对图像进行处理和计算,得出被测物体的微位移。实验表明利用序列图像对比的方法测量微位移,方法切实可行、测量准确度高、测量的精度能够达到微米量级。     

三维电子散斑干涉载频调制及其在柴油机上的应用

将电子散斑干涉场的三维载波调制技术应用到三维物体变形测量中.用水平方向、竖直方向及垂直试件表面的三路相干光分别照明物体，在水平和竖直方向通过控制反射镜的微小偏转引入载波，实现位移场干涉条纹的调制；利用物体的微小偏转实现离面位移场干涉条纹的调制；结合傅里叶变换法，分别解调出变形场的位相，从而实现了物体三维变形场的精确测量.将该技术应用到柴油机油泵的三维位移测量上，成功测量了油泵的三维位移场.     

对物体沿散斑片纵向移动二次曝光全息干涉条纹的诠释

从光学几何关系出发,推导了在平行光照明、物体沿散斑片纵向方向微小移动情况下的一种全息干涉条纹的解释方法.该方法可以根据任一瞬间的条纹间距测量物体的位移,并适用于实时全息监测的定量分析,对全息干涉计量术提供有效的条纹解释方法和物体位移的计算方法.     

基于干涉条纹跟踪实现纳米级位移测量的方法研究

设计了一套干涉条纹图像实时采集处理系统。在分析迈克尔逊干涉条纹特征表象的基础上 ,给出了通过跟踪干涉条纹的移动量测量被测对象纳米级位移量的理论公式 ;提出了干涉条纹特征点的提取与跟踪算法 :分段线性变换、方形窗口中值滤波和门限化边缘提取 ,给出了基于统计学原理的通过计算多条干涉条纹移动量获得被测对象纳米级位移量的计算公式。实验结果表明了该方法的有效性和实用性     

基于偏振光的干涉测长法

在干涉法测量微小位移实验中,通常数条纹的读数方式使得位移分辨率不可能小于波长的一半,本文提出了通过测量干涉相位达到连续测量位移的方法.首先测量方向相互垂直的线偏振光(p光和s光)通过干涉仪后的光强,然后利用仿射变换将测量结果映射到单位圆上.映射点的辐角与干涉相差只相差一个常量.通过记录辐角的变化可以对位移进行连续测量.通过干涉仪的冲击响应测量与金属线胀系数测量验证了此方法.     

一种基于偏振光干涉的直线度测量系统

介绍了一种基于偏振光干涉的直线度测量系统,该系统由固定部分和活动部分组成。测量时,活动部分固定在被测要素上。被测要素的直线度变化将导致两线偏振光相位的变化。通过计量干涉条纹即可得到直线度的变化结果。实验显示本测量系统具有10nm的分辨率,在20mm的测量范围内误差≤0.5μm,提高了分辨率和测量精度。     

光纤传感器在微机电系统振动测量中的应用

本文介绍的光纤传感器根据Michelson干涉仪的原理,通过测量相干光的干涉条纹的移动来测量反射面的位移.同时,利用宽带光源,采用相位跟踪技术测量极微小的位移和位移的方向.从而,既能测量nm级极微小的振动,也能测量mm级的振动.为了适应高频振动的测量,引入DSP充当数据处理系统的核心,提高处理速度.该光纤传感器设计巧妙,精度高,使用方便.     

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%。     

光栅莫尔条纹特性检测仪的研制

介绍一种应用CCD进行测量的光栅莫尔条纹特性检测仪.该检测仪的结构完全开放,检测过程透明.不仅能够检测光栅副相对移动位移和移动方向与莫尔条纹移动数目和移动方向的关系,而且可以检测光栅副夹角变化对莫尔条纹宽度的影响.应用该仪器可以进行"莫尔条纹移动数目与光栅副移动位移关系测定"和"光栅副夹角变化和莫尔条纹宽度变化关系测定"两个实验,实验结果理想.     

叠栅条纹和CCD用于位移和角度的测量

将叠栅条纹测量技术和CCD器件结合应用于角度和位移的智能测量系统,该系统利用光栅的衍射自成像现象产生虚拟光栅,与另一光栅形成叠栅条纹,并用CCD光电转换系统,测量叠栅条纹的距离,可得到两光栅间的夹角.当任意一片光栅沿垂直于栅线方向移动时,通过数出移过叠栅条纹数目,即可得到相应光栅移动的位移.本文还分析和讨论了误差来源及给实验带来的影响.     

利用牛顿环装置测量平玻璃折射率

在牛顿环实验装置半透半反镜和移测显微镜物镜之间垂直光路位置放置待测平玻璃,改变平玻璃倾角,使干涉条纹产生水平位移,测量水平位移和倾角之间的关系,通过数据拟合测出平玻璃折射率的大小.该方法的关键是平玻璃倾角和水平微小位移的准确测量.实验中充分利用实验室现有条件组装角度测量仪测量倾角,利用牛顿环高精度移测显微镜以干涉环为参照读取微小位移,实现了对折射率较高精度的测量.     

光学综合孔径成像中的傅里叶相位研究

傅里叶相位是光学综合孔径成像的重要信息,观测目标的傅里叶相位包含于干涉条纹中。从像平面干涉条纹形成原理出发,推导出大气扰动、星光方向与基线方向不垂直和望远镜系统机械误差等因素是影响干涉条纹初始相位的主要因素。利用条纹原点值和峰值位移从条纹中提取初始相位,采用闭合相位法从条纹初始相位中去除其它因素的影响,从而最终获取目标傅里叶相位：结合计算机模拟对噪声给条纹峰值位置的影响进行分析,模拟结果表明在频域中对条纹能量谱进行阈值处理有较好的去噪效果。最后结合目标重构迭代法阐述了闭合相位在像重构中的作用。     

基于相位展开及拼接算法的一种高精度大量程宽光谱干涉显微术

宽光谱干涉显微术广泛应用于高精密检测领域, 它测量样品形貌通常采用垂直扫描干涉术对亚微米至毫米级特征进行测量,以及相移干涉术对纳米级特征进行测量。其中,相移干涉术精度可达纳米级,但量程有限,高度变化对应的相位需限制在区间内。采用包裹相位展开算法可以扩展相移干涉术的量程,也仅适用于平滑表面,当高度起伏超出焦深或者光源相干长度的限定范围时,干涉条纹模糊或对比度丧失,所解算的结果将产生较大误差甚至错误。提出一种基于相位展开及拼接算法的高精度、大量程宽光谱干涉显微测量方法,以干涉条纹调制度量化条纹质量,条纹对比度高、成像清晰的区域对应调制度较高,定义当前焦面条纹调制度高于阈值的区域为理想区域,定义焦面条纹调制度低于阈值的区域为问题区域。以相位展开算法获得理想区域中的样品相位分布,问题区域的包裹相位不进行展开。使用微位移结构纵向移动物镜焦平面,选择合理的步长,使相邻焦面位置理想区域展开后的真实相位保持部分区域重合,根据重合区域的相位值均差可以实现不同焦面位置的高精度相位拼接,最终获得扩展量程的高精度真实相位结果,进而可以恢复样品完整的表面形貌分布。该算法通过对理想区域的筛选,避免了相位在问题区域展开带来的误差,可以得到精确的测量结果。通过模拟计算和实验验证,证明了该方法不仅保持了宽光谱干涉显微术中相移干涉术的纳米级高精度,还可将其量程从数百纳米拓展到数微米。而且,该方法精度不依赖于位移部件,理论上量程可以拓展到显微物镜的全工作距离。     

干涉条纹可逆计数系统

干涉条纹计数器在物理实验和光纤传感器中有广泛的应用,但一般的光电接收器只能记录条纹的总变化,而不能判断条纹移动的方向和移动的条数,这给一些应用带来了一定的困难。我们设计了一种干涉条纹可逆计数系统,既可以知道条纹变化多少,也可知道条纹移动的方向。     

迈克耳孙干涉仪旋转样品法测量透明玻璃厚度

使用迈克耳孙干涉仪通过旋转样品测量透明玻璃厚度.与白光干涉原理测薄片厚度不同,实验通过改变在光的传播路径上垂直放置的透明玻璃与光传播方向的角度,使相干光的干涉条纹发生变化,利用干涉条纹与转过角度、透明玻璃厚度之间的关系,通过实验准确测量出透明玻璃的厚度.     

乌氏干涉测量的信息读取

针对乌氏干涉仪条纹信号调整难、用肉眼读数难等问题,提出将He-Ne激光作为乌氏干涉仪光源的设计,得到了高质量的干涉条纹信号,并采用光电转换方法将条纹移动信号转变为电信号实现了微位移的高精度测量。设计了光电信号检测电路,利用双门限整形电路标定出整形方波,克服了干涉信号在设定比较值附近抖动引起误处理的缺点;提出了辨向细分电路,在1路干涉条纹信号下,提取了具有正交性的2路电子信号,实现了干涉条纹的移动辨向与信号细分。按此方案设计并搭建了一套激光干涉检测实验装置,用2个计量差值为5μm的标准量块,对激光干涉检测装置进行了标定,在电路为4细分的情况下,该装置测量分辨率达79 nm;解决了乌氏干涉仪自动读数的问题,提高了乌氏干涉仪的测量精度和准确性。     

利用激光全息干涉测量梁的微小位移

全息干涉测量利用二次曝光记录物体在不同载荷状态下的相对位移场.通过在干板上记录和比较不同状态产生的光波的干涉,可以得到在不同载荷时干涉条纹随物体位移的变化情况,实现对物体微小变形、微小位移量的测量.本文利用激光全息干涉技术测量了金属梁的微小位移量,计算得到金属梁的弹性模量和挠度.     

基于衍射光栅的干涉式精密位移测量系统

介绍了基于几何莫尔条纹原理和衍射干涉原理的两种光栅精密位移测量系统及各自的特点。综述了国内外对光栅干涉式精密位移测量系统的研究进展,总结了系统存在的关键问题及发展趋势。光栅干涉式精密位移测量系统的优点是对环境要求小,测量分辨率和精度较高,结构紧凑,成本低。该系统需要解决的问题包括提高光栅以及光学元器件制造和安装精度;寻求一种更高精度的检测手段对光栅位移测量系统进行标定等。光栅干涉式精密位移测量系统的发展方向为更高测量分辨率和精度,大量程、多维度测量以及尺寸小巧。该系统在现代工业加工精密制造领域将具有更广阔的应用前景。