一种基于空间光程差调制的条纹位置测量方法

提出了一种基于空间光程差调制的条纹位置测量方法,用于恒星干涉仪条纹搜寻和条纹追踪.来自基线两端的两光束合束时,通过合束器在两光束之间引入一个倾角,用以实现静态的空间光程差调制.使用成像透镜将静态光程差调制得到的白光干涉条纹成像到CCD探测器上.白光条纹位置的偏移与两光束之间的光程差大小相关,使用获得的干涉条纹实时计算白光条纹位置,测量出两束光之间的光程差,用于延迟线的实时光程差补偿,从而可以稳定干涉条纹.数值模拟和实验结果表明,采用该方法获得的最大光程差测量误差为0.159μm,小于数值模拟和实验所用宽带光的平均波长0.555μm,测量精度满足条纹相干的要求.与时间调制方法相比,该方法原理和算法简单,且对于大气扰动更不敏感.     

宽场光学相干断层成像系统的实验研究和模拟

改进和完善宽场光学相干断层成像技术(WFOCT)的主要方法是从光源、系统光路等方面进行改进.研究WFOCT系统的成像状态和环境状态对系统的横向分辨率的影响,借助ZEMAX光学设计软件模拟该系统的干涉效果,在实验中采用八步移相法来解析样品的二维图像信息,将解析出来的样品图像赋值到图像变量中进行存储显示.实验与模拟结果表明:模拟仿真获得的干涉信号含有对比度和平行度很高的干涉条纹,证明了利用ZEMAX软件模拟仿真干涉系统的可行性.     

相干合成子光束一致性检测研究

分析了激光相干合成装置及其光路调整要求,提出利用剪切干涉检测合成光路中子光束一致性的方法。分析剪切干涉原理,建立了剪切板干涉物理模型,以相干合成中两路矩形光束拼接组束为例,数值模拟并研究了子光束的整体倾斜、离焦所对应的剪切干涉条纹,得到了条纹图像与子光束光轴误差、离焦误差之间的对应关系,用于相干合成光路中子光束光轴和发散角误差的判断。光轴倾斜大于5μrad时,可以直接观察互干涉和自干涉条纹变化,发散角在大于10μrad时,干涉条纹变化明显。此外,剪切干涉的自干涉条纹平移可用来检测子光束间的活塞误差,可作为光束拼接相干合成中闭环相位检测和控制的手段。     

干涉仪自适应抗振的空间移相术

根据时域移相算法的概念,提出了一种空间移相术,它能够检测因外界振动导致条纹抖动而引起的干涉图样的空间相位变化.运用这种技术在TwymanGreen移相式干涉仪中建立了一套自适应抗振系统,它可以实时测量振动引起的相位变化大小,并通过反馈器件PZT实时校正干涉条纹的相位,使得干涉条纹稳定以保证光学测量的正常进行,与此同时PZT还作为移相器件.     

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。     

用于透明平板平行度和均匀性测量的单元件干涉仪

提出了一种基于单元件干涉的用于检测透明介质平整度和均匀性的干涉仪.该干涉仪的核心元件是一个菱形分光棱镜.激光光源的平面波光束的一半光束透过待测样品,另一半光束直接透过空气,然后分别入射到菱形分光棱镜的两垂直面并在分光面相遇、相干.通过旋转待测样品改变相干的两束光光程差,从而使干涉条纹发生移动.形成的相干光被分光板分成两束,一束进入光电探测器用于探测干涉条纹移动数的整数部分,另一束则进入电荷耦合探测器用于采集干涉条纹图来计算干涉条纹移动数的小数部分.通过计算条纹移动数反推出光程差的变化量,再结合折射率或样品厚度信息则可以计算出样品厚度或折射率的分布,从而检测出透明介质的平行度和均匀性.模拟仿真和光学实验均证明了本方法的可行性、准确性和稳定性.     

光学综合孔径望远镜中子望远镜平行性和光程差调整的研究

光干涉技术与天文望远镜技术的结合是提高天文观测分辨率的一种有效方法.采用望远镜阵代替单个大口径望远镜来集光观测,利用最大基线的概念来等效传统光学望远镜的最大口径,很大程度上解决了单个望远镜集光能力不足、角分辨率不高的问题.然而对于光干涉来说,在应用中,只有满足:两束光的相位差δ必须相对稳定、存在相互平行的振动分量、频率相同、两光波在相遇点所产生振动的振幅相差不悬殊和两光波在相遇点的光程差(OPD)应在相干长度之内等这些条件时才能部分相干.光学综合孔径(OAS)望远镜产生干涉条纹的前提条件是子望远镜之间必须两两相干.推导了双光束光干涉的要求,并从双光束干涉的平行性和光程差的要求出发,研究并得出光学综合孔径望远镜子望远镜的平行性和光程差的要求.结合双光束干涉的恒星光干涉仪的光束平行性和光程差的调整方案,研究并得到了光学综合孔径望远镜子望远镜的平行性和光程差调整的光学方案,并讨论了该系统的改进措施.     

新型部分相干光束的产生及其相干特性

利用相干理论,研究了新型部分相干光束的相干特性.用激光光束透过旋转的特殊毛玻璃,产生一种相干性分布特殊的新型部分相干光束.实验上经双孔干涉,记录了该光束经不同小孔间距双孔产生的干涉条纹,计算得出所对应的相干度,并获得了该光束在不同传输距离下的相干度分布情况,发现该光束的相干度分布与高斯-谢尔模型光束的相干度分布不相同,其相干度随着传输距离的增大而变强.     

高精度动态白光干涉测量方法

白光干涉测量技术具有精度高和非接触式测量的优点,是超精密加工领域中的一项重要测量手段。针对白光干涉测量技术容易受环境振动影响的问题,提出了一种动态垂直扫描干涉测量方法(DVSI)。该方法将白光干涉光路分为两个成像通道,得到与白光干涉图同步移相的准单色光干涉图。通过相位-倾斜迭代方法(PTI)对准单色光干涉图进行处理得到实际的移相扫描位置,对白光干涉信号进行相干峰位置的定位,并计算出粗糙的形貌分布,之后利用局部最小二乘方法(LLS)计算出精细的相位分布,将粗糙形貌以及精细相位相结合来复原出待测件的三维形貌。本研究通过数值仿真和实验对比对该方法进行了验证,结果表明本方法具有较好的抗振性能。     

干涉仪环境振动的外差检测与自适应控制

测试环境的微振动干扰会引起干涉图的抖动,影响移相干涉仪的测量准确．设计了一种内嵌于移相干涉仪的外差测振光路,对干涉仪所受环境微振动进行实时检测;采用单片RF/IF集成芯片对两路40 MHz的模拟外差信号直接进行比相,简化了通常使用的数字测相方法．在测得环境振动信息后,运用DSP技术和自适应信号处理的方法,实现了基于PZT移相器的自适应振动控制,实验结果表明干涉仪对幅频积不大于100 waves·Hz的环境振动的抑制能力达－39 dB.     

Volume and contact photo-emf in GaAs adaptive photodetectors

The generation of non-steady-state photo-emf in an adaptive photodetector made of semi-insulating GaAs is studied. Single-and double-frequency excitation modes are considered. It is found that a contact component of the photocurrent arises in the detector when the spatial frequencies of the interference pattern and phase modulation frequencies are low. The contact signal, being sensitive to a slow drift of the interference pattern, adversely affects the adaptive properties of the device. It is shown theoretically and confirmed experimentally that the contact emf signal at the frequency of basic phase modulation can effectively be suppressed by specially selecting the amplitude of additional phase modulation and the spatial frequency of the interference pattern. The spectral components of the non-steady-state emf signal are calculated for the double-frequency excitation mode.     

Shifting selectivity of collinear volume holographic storage

A paraxial equation for calculating pixel-based 2-D shifting selectivity of collinear holographic storage system is proposed. The equation shows that the broader reference pattern makes high shifting selectivity. In addition, both amplitude and phase modulation make no obvious change in shifting selectivity so shifting selectivity is not affected through advanced design of reference pattern. Besides, a simplified formula based on a point signal is proposed, which shows a clear physical insight that the shifting selectivity is the square of Fourier transform of the intensity distribution of reference pattern and does not depend on thickness of the disc when a point signal is applied.     

Modulation analysis in spatial phase shifting electronic speckle pattern interferometry and application for automated data selection on biological specimens

In electronic speckle pattern interferometry (ESPI), for a fast and objective analysis of measurement data which occur with a high repetition rate, an automated data processing is of particular advantage. For this reason, investigations were carried out to determine if the modulation of speckle interferograms can be applied as a quality parameter for the selection of suitable interferogram data for further evaluation e.g. phase unwrapping when spatial phase shifting (SPS) is performed. Six methods for determining the modulation of speckle interferograms are characterised and compared. The applicability of the speckle interferogram modulation as a parameter for mask generation in the unwrapping process of the phase difference is demonstrated by the evaluation of measurement data obtained from experiments with a spatial phase shifting endoscopic ESPI system on a technical surface and on a human gastrectomy specimen.     

Decoding information by following parameter modulation with parameter adaptive control

It has been proposed to realize secure communication using chaotic synchronization via transmission of a binary message encoded by parameter modulation in the chaotic system. This paper considers the use of parameter adaptive control techniques to extract the message, based on the assumptions that we know the equation form of the chaotic system in the transmitter but do not have access to the precise values of the parameters which are kept secret as a secure set. In the case in which a synchronizing system can be constructed using parameter adaptive control by the transmitted signal and the synchronization is robust to parameter mismatches, the parameter modulation can be revealed and the message decoded without resorting to exact parameter values in the secure set. A practical local Lyapunov function method for designing parameter adaptive control rules based on originally synchronized systems is presented.     

利用交叉相位调制和四波混频制作的时间透镜的仿真分析

利用高非线性光纤中的交叉相位调制和四波混频分别在仿真中实现了时间透镜. 对基于交叉相位调制的时间透镜中的高非线性光纤中的非线性过程进行了仿真分析. 仿真结果表明, 该时间透镜的主要影响因素为色散、自相位调制与四波混频; 通过采用带有一定色散斜率的高非线性光纤可同时消除色散、自相位调制和四波混频的影响; 另外, 该高非线性光纤的色散零点最好选在信号脉冲和抽运脉冲波长的中心附近. 然后对基于四波混频的时间透镜的实现进行了仿真分析. 仿真结果表明, 该时间透镜的主要影响因素为色散、 自相位调制和其他的四波混频; 通过设定合适大小的信号脉冲和抽运脉冲的功率可消除自相位调制和其他的四波混频的影响; 另外, 通过在高非线性光纤中引入一定的色散可进一步提高信号脉冲和抽运脉冲的功率, 从而获得更高功率的输出脉冲. 最后对两种时间透镜系统做出了比较. 关键词： 光脉冲压缩 时间透镜 交叉相位调制 四波混频     

相位调制信号对窄线宽光纤放大器线宽特性和受激布里渊散射阈值的影响

高功率窄线宽光纤放大器的输出功率主要受限于受激布里渊散射(SBS)效应,通过相位调制进行线宽展宽可以有效抑制SBS效应.基于窄线宽光纤放大器中的SBS动力学模型,研究了正弦信号、白噪声信号和伪随机编码信号(PRBS)对窄线宽光纤放大器光谱特性与SBS阈值的影响.研究发现,采用不同信号进行相位调制时,调制频率和调制深度等参数对调制后激光光谱的谱线间隔、谱线数目与光谱平整度的影响存在较大差异,进而影响放大器的线宽特性和SBS阈值.通过对比分析,给出了调制信号的类型选择和参数优化原则,能够为窄线宽光纤放大器的相位调制系统设计提供参考.     

两重外腔的自混合干涉及其信号分析

提出了具有两重外腔的自混合干涉。根据半导体激光器的自混合干涉理论，研究了两重外腔自混合干涉模型，及其信号的调制和解调方法。该方法用一个附加的参考反射镜在半导体激光器(LD)和目标间形成两重外腔，参考外腔用于补偿光学频率涨落引入的相位误差。用快速傅立叶变换相位探测技术(FFT)分析自混合干涉信号。运用这些方法，可提高相位测量精度，在微光机电系统、光学工程和其他工程应用上有潜在的实用价值。     

相移干涉显微术测量表面微观形貌

在微分干涉相衬显微镜中加入偏振相移装置,实现了对干涉光强的调制,达到了相移的目的,构造了具有纳米级分辨率的相移干涉显微测量系统。编制了一套测试软件及多组数据处理软件,将测量系统的各组成部分用软件进行了连接。分析并解决了测量过程中的技术难题,对纳米表面微观形貌进行了高精度实时自动测量。该测量系统能够准确地重构出纳米表面微观形貌,并给出了定量测量数据。     

Phase shifting algorithms for non-sinusoidal waveforms with phase shift errors

In phase shifting interferometry, phase errors due to harmonic components of a fringe signal can be minimized by applying synchronous phase shifting algorithms with more than four samples. However, when the phase shift calibration is inaccurate, these algorithms cannot eliminate the effects of a non-sinusoidal waveform. It is shown that by taking a number of samples beyond one period of the fringe pattern, phase errors due to the harmonic components of the fringe signal can be eliminated, even when there exists a constant error in the phase shift interval. A general procedure for constructing phase shifting algorithms that eliminate these errors is derived. A seven-sample phase shifting algorithm is derived as an example, in which the effect of the second harmonic component can be eliminated in the presence of a constant error in the phase shift interval.     

高斯白噪声相位调制的激光光谱展宽

激光器是现代光学中一种常用的光源,分析其谱宽特性对于激光的研究具有重要意义.由于高性能窄线宽激光的半高全宽通常在几十M Hz以内,难以直接满足宽光谱领域的应用需求,因而无法发挥其在成本和性能方面的优势,这在一定程度上限制了激光的发展.如果在激光内部直接进行调制实现线宽展宽,又会导致频率的严重漂移,破坏稳频特性.为了在激...