自参考激光剪切干涉法测量透镜焦距的实验研究

本文在改进的激光平板剪切干涉法基础上,提出了测量透镜焦距的一种新的实验方案。此方案根据透镜节点特性,以两组干涉条纹的平行作为判据,测量过程简便且精度较高。     

用马赫—曾德干涉仪获得分波前干涉的圆形条纹

1引言两相于点光源（或点光源与平行光）在垂直于其连线方向的屏幕上所形成的干涉条纹为圆形条纹.由分振幅干涉装置如迈克尔孙干涉仪、牛顿环仪等可以很容易地产生圆形条纹.但对于分波前干涉装置如杨氏双缝、双棱镜、双面镜、洛埃镜、比累对切透镜等，要产生圆形条纹却非常困难，甚至不可能，即使对于比较特殊的梅斯林透镜也只能产生半圆形的干涉条纹.本文提出了一种实验方法，即对分振幅干涉装置马赫一曾德干涉仪进行适当的改进，使其产生分波前干涉并产生出圆形干涉条纹.对其条纹特点，本文进行了分析.所得到的实验结果与理论分析是一致的…     

剪切散斑干涉术的统计分析

本文用统计光学方法分析了剪切散斑图的成象过程;散斑图的频谱分布以及全场滤波干涉条纹的形成.发现剪切散斑干涉条纹不仅与三维位移微分有关,而且与面内位移量有关.在此基础上又讨论了影响干涉条纹质量的有关因素,并作了实验验证.     

基于光束的相干特性拓展双缝实验教学实验内容

对部分相干光束的双缝实验干涉条纹进行了研究。利用转动的毛玻璃以及两个透镜构成了一个简单的产生部分相干光束的光学系统,通过调整毛玻璃与两个透镜的共焦点之间的距离,可以定量地控制光束的相干性。对不同相干性的光束经过双缝干涉之后的光强进行了实验观测,发现光束的相干性会对双缝干涉条纹的衬比度产生影响,光束的相干性越低,条纹衬比度也越小。并对实验结果进行了理论模拟,理论数值模拟的结果与实验观测结果基本一致。     

剪切散斑干涉术的无损检测研究

剪切散斑干涉术用于复合材料的光学无损检测具有较宽的加载范围,便于实现缺陷的全场记录,防止漏检。本文从理论上推导了剪切散斑干涉条纹(等应变条纹)的强度分布,并证明随着加载量的增大,条纹变密的程度较全息干涉条纹(等位移条纹)缓慢。加之,剪切散斑干涉条纹灵敏度具有可调性,加载范围大为加宽。实验观察与理论分析一致。     

牛顿环实验的新方法

基于最小二乘法原理，直接对牛顿环干涉条纹进行拟合，推导出了透镜曲率半径与拟合方程系数之间的关系，利用干涉条纹数字化方法求出了透镜的曲率半径．由于数据点取在牛顿环的圆周上，克服了传统方法难以对准中心和干涉条纹发生变形时不能保证△（r~2)恒为常量的困难．     

掠入射法测量液体折射率实验现象分析

掠入射法是基于全反射定律,采用几何光学原理来测量液体折射率的一种方法.文中对掠入射法测量透明液体折射率实验中出现的干涉条纹进行了定量分析,认为在分光计望远镜中观察到的干涉条纹是光线进入辅助透镜和直角棱镜间被测薄液膜干涉形成的,通过定义干涉条纹疏密度,对于薄膜引起的光程差与干涉明纹(或暗纹)间距两者间的关系进行讨论,其讨论的结果与实验结果一致.     

单平行平板剪切干涉的实验研究

从大学物理教学的角度,阐述了单平行平板横向剪切干涉的原理,在此基础上提出了一种单平行平板剪切干涉的物理实验方法,分析了实验现象,并用该方法测定了光束的发散角,将测定结果的不确定度与传统方法测定结果的不确定度进行了比较.实验结果表明:在入射光束像差较小、剪切干涉呈现直条纹图样时,光束的发散角越小,测量精度越高.剪切干涉实验引入到大学物理教学中,可以丰富光的干涉原理的教学内容,拓充干涉原理在工程技术中应用的实例.     

基于多光束干涉的长程轮廓仪

为提高长程轮廓仪(LTP)面型检测的精度,提出一种使用波面型等光程多光束分束器的LTP。该分束结构可将入射光束分成若干束等光强等光程的相干光。在理论上分析计算了傅里叶变换(FT)透镜焦平面上干涉条纹的位置和强度分布,探究了零级干涉主极大条纹宽度、振幅和±1级干涉主极大条纹振幅与多光束分束器各结构参数之间的关系。通过选取合适的参数设计了基于多光束干涉原理的新型分束器,并与传统分束器进行了仿真实验比较,设计了测量系统中的准直镜和FT透镜,在Zemax软件中建立了完整的光学系统模型,并对该模型进行了实验验证。结果表明多光束干涉长程轮廓仪可以实现对被测表面斜率的测量,其在探测面上的干涉条纹宽度比传统双光束干涉窄,光强也更加集中,可以提高LTP的测量精度。     

光学相干性综合实验

利用双频光栅剪切干涉法，CCD摄像机采集剪切干涉条纹图，用自行设计的软件对图像进行处理，可定量测量光场的时空相干性以及梯度折射率透镜的像差。     

Influence of spherical aberrations on fundamental mode beam quality under different laser resonators

Spherical aberrations of the thermal lens of the active media are severe when solid state lasers are strongly pumped. The fundamental mode profile deteriorates due to the aberrations. Self-consistent modes of a resonator with aberrations are calculated by using the Fox--Li diffraction iterative algorithm. Calculation results show that the aberration induced fundamental mode beam quality deterioration depends greatly on the resonator design. The tolerance of a flat--flat resonator to the aberration coefficient is about 30λ in the middle of stability, where λ is the wavelength of laser beam. But for a dynamically stable resonator, 2λ of spherical aberration will create diffraction loss of more than 40%, if inappropriate design criteria are used. A birefringence compensated laser resonator with two Nd:YAG rods is experimentally studied. The experimental data are in quite good agreement with simulation results.     

Influence of spherical aberrations on the performance of dynamically stable resonators

Spherical aberrations of thermal lens of the active media are severe when the solid state lasers are strongly pumped. The aberrations influence the mode profile, the diffraction loss, the output power and other laser beam properties, especially for a dynamically stable resonator with large TEM₀₀-mode volume. Self-consistent modes in a resonator with aberrations are calculated using Fox-Li diffraction iterative algorithm. There are side lobes with the fundamental mode when the spherical aberration is introduced, hence the beam quality is deteriorated. The calculated results agree well with the experimental data. The beam filling factor plays an important role in the design of a laser system. The optimum value of the beam filling factor should be determined by the experimental results according to the spherical aberration effect.     

基于渥拉斯顿棱镜的单路实时偏振成像系统设计

针对非实时成像中动态场景偏振探测产生的虚假偏振信息问题,充分利用渥拉斯顿棱镜的分光特性,设计了一种新型实时偏振成像系统.采用像方远心望远透镜系统、准直透镜系统并设计匹配的成像镜系统,在单探测器阵列上同时获取偏振态相互垂直的两幅偏振图像.通过全系统联动设计与优化,系统的调制传递函数在截止频率处不小于0.55,全系统弥散斑均方根半径小于5.3μm,即小于探测器像元尺寸,满足成像设计要求.仿真结果证明该成像系统可有效解决传统分振幅偏振成像系统的实时性差的不足,分孔径偏振成像系统的能量利用率和分辨率低的问题以及偏振焦平面方法中光路串扰的缺陷,应用前景广阔.     

偏心和倾斜光学系统初级象差理论的研究

在共轴光学系统波象差的基础上,推导出了光学元件的偏心和倾斜分别对主要象差的影响.得出了除了球差外,每一种象差由于偏心和倾斜都引入了它同种类的象差;小量的偏心和倾斜并不改变系统的球差的结论;如果球差并不为零,将会产生与象高无关的彗差,即轴向彗差等等.     

量子模型分析激光驻波原子透镜的像差

采用量子模型对近共振激光驻波原子透镜会聚Cr原子束、形成纳米量级光栅结构的物理过程进行数值模拟。为提高原子透镜的成像质量,对各种像差,如衍射像差、球差、色差、及原子束发散角、原子磁支能级、原子同位素等因素引起的像差进行了理论分析。模拟结果表明,相比粒子光学模型,量子模型能更加精确地描述原子会聚结果,且能解释原子在驻波光场中的衍射现象。在各种像差中,原子束发散角是最主要的因素,其影响大于衍射像差、球差、色差。原子的磁支能级、同位素等因素对像差影响很小,可以忽略不计。激光冷却准直原子束的方法可以减小束发散角引起的像差,压缩原子速度Vz分布范围的方法可以减小色差。     

数值模拟抽运分布对端泵激光器晶体热透镜球差的影响

为了研究端面抽运情况下,激光晶体在不同分布的抽运光抽运时热透镜球差的变化,通过对稳态热传导方程和Zernike多项式的求解,建立了热透镜球差与抽运光强度分布的模型,对模型进行了理论分析和仿真研究,并对仿真结果做了进一步理论和仿真分析.结果表明:在相同的抽运功率下,二阶超高斯分布抽运光抽运时球差最大,且随着抽运分布系数k的增大(除高斯分布外)球差逐渐减小;随着抽运功率的增加,抽运分布系数k对球差的影响逐渐加重,且不同分布系数k所产生的球差差距逐渐增大;并对二阶超高斯分布抽运光抽运得到最强激光功率的照射范围进行了理论分析和仿真分析,得知在相同抽运功率下,二阶超高斯分布抽运光得到最强激光功率的范围最宽为0.30—0.63倍高斯半径.     

部分相干光经柱面球差透镜聚焦所产生的焦移

利用Collins公式得出光强均匀部分相干光经柱面球差透镜聚焦后的轴上光强分布，并通过数值模拟的方法研究了入射光的菲涅耳数、相干度和透镜的球差对轴上点光强分布的影响.结果显示，当菲涅耳数较小、空间相干度较小的部分相干光经无球差透镜聚焦时，轴上点光强分布会产生焦移现象，而当部分相干光被球差透镜聚焦时，也会有焦移现象产生.     

Automated collimation testing in Lau interferometry using phase shifting technique

We demonstrate an automated procedure for detection of collimation position of an incoherent beam in Lau interferometry using phase shifting technique. The experimental arrangement consists of a Lau-based interferometer in which light from a source grating illuminates a set of two coarse gratings separated by self-imaging distance. Phase shifting procedure is incorporated by translating the detector grating, corresponding to different positions of the collimating lens. The phase map is plotted corresponding to each position. The slope of the phase map is indicative of the collimation position of the optical beam. The technique is fully automatic and provides good accuracy and high precision.     

球差透镜聚焦部分相干光束获得局域空心光束

基于Collins公式,研究了空间相干度为零阶贝塞耳函数的部分相干光通过球差透镜后在几何焦平面附近的光强分布情况.研究表明,通过改变部分相干光的光谱相干度,球差系数可以得到平顶光束和局域空心光束.球差系数决定了最佳聚焦点的位置.当球差系数为正时,最佳聚焦点随着球差系数的增大向远离透镜的方向运动,甚至超过几何焦点;当球差系数为负时,最佳聚焦点随着球差系数绝对值的增大向靠近透镜方向移动.另外,在正负球差绝对值相等时,光强分布以几何焦点相对称.     

Determination of Aberration Coefficient of Microoptic Arrays from Axial Confocal Response by Neural Method

We propose a high-speed and parallel method to determine lens aberrations from its confocal axial response. This method analyzes the intensity confocal response including the aberration information of the objective lens by means of neural network algorithm. This method is designed to work parallely for many microlenses, and simultaneously determines aberrations of each element of a microlens array. A prototype system can determine spherical aberration coefficients of a microlens in the range from −0.7λ to 0.3λ with less than 1% RMS error.