光学材料光学均匀性的波长调谐两步绝对测量法

光学均匀性是光学材料的重要指标,目前高精度的测量方法一般采用绝对测量法,而该方法步骤繁琐,容易受环境影响。根据波长移相干涉仪的移相特点,提出了测量光学材料光学均匀性的波长调谐两步绝对测量法。该方法在波长移相干涉仪中通过平行平板放入测量和空腔测量两个步骤得到平行平板的光学均匀性。在模拟仿真验证方法的正确性后,进行了实验研究,并与传统的绝对测量法的测量结果进行比较。结果表明,波长调谐两步绝对测量法可用于测量平行平板的光学均匀性,且测量步骤简单,精度较高。     

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。     

应用CCD对浓度场的全场瞬时测量

基于数字图像处理技术和光学粒子散射理论 ,应用CCD研究设计了具有非接触不干扰、全场测量、测量区域大和低成本等特征的湍流瞬时浓度场的光学测量系统 ,并进行了实际测量 .与文献对比分析结果表明 ,该方法是可行的和有效的 .     

一种采用快速半导体线光源的阴影莫尔测量方法

物体三维轮廓、形变、振动、位移等参量的光电测量方法,以其非接触、高精度、高灵敏度以及易于实现自动测量等优点,而被广泛地应用。本文设计并实现了一种快速半导体线光源,提出了一种快速变光源阴影莫尔物体轮廓测量法,大大提高了阴影莫尔测量的速度和精度,实现了非接触、无机械运动、无运行噪声、全光电测量的IC形变测量与分析系统。该系统的3σ重复精度为10μm。     

角度测量的光学方法

光学测角法是高精度动态角度测量的一种有效的解决途径。对目前发展较快的几种角度测量的光学方法———圆光栅测角法、光学内反射小角度测量法、激光干涉测角法和环形激光测角法进行了详细的介绍 ,并且分别给出了每种方法的测量原理和发展现状 ,比较了各种方法的优缺点 ,给出了每种方法的应用场合和发展前景     

光学投影式三维轮廓测量技术综述

主要用于散射物体的宏观轮廓测量的光学投影式轮廓测量技术可以分为两大类：直接三角法和相位测量法。直接三角法包括激光逐点扫描法、光切法和新近出现的二元编码图样投影法。相位测量法以测量投影到物体上的变形栅像的相位为基础，包括莫尔法、移相法、傅氏变换法等等。本文以基于相位测量和光栅投影法为重点综述了光学投影式轮廓测量技术的几种典型方法，讨论了它们的优缺点，并分析了研究热点和发展方向。     

飞秒光学频率梳高精度气体吸收光谱技术进展

飞秒光学频率梳以其频谱宽、脉宽窄、频率稳定度高等优点,对光学频率计量、绝对距离测量、高精度光谱测定产生重大影响。飞秒光学频率梳的时域特性和频域特性溯源至微波频率基准,使得高精度气体吸收光谱探测成为可能。飞秒光学频率梳光谱技术具有测量速度快、光谱灵敏度高、分辨率高、信噪比高等优点,因此加大对飞秒光学频率梳光谱技术的研究力度将更好地服务于环境保护、工业生产、生物医学、科学研究等各领域。飞秒光频梳高精度气体吸收光谱主要可分为光频梳腔衰荡光谱、光频梳腔增强光谱和双光频梳多外差光谱。其中,根据采集方式不同,光频梳腔增强光谱又可分为梳齿游标测量法、虚拟成像相位阵列测量法和傅里叶变换测量法。目前,国外已广泛开展相关研究,而国内仍处于起步阶段。本文综述了飞秒光学频率梳高精度气体吸收光谱探测的主要技术方法,展示了不同测量方法典型的实验方案,分析了各探测方法的优缺点,并追踪了主要研究小组的前沿成果。     

基于光学三角原理的内径非接触测量方法

基于光学三角测量原理,提出了一种非接触测量内径的方法。对激光双光三角测量原理与单光三角测量原理进行了分析对比。采用单光三角测量原理设计了一种非接触式测量内径的光电测量系统。论述了系统的组成和总体结构,并通过实验对测量系统的精度进行了验证。结果表明,系统的测量误差不大于0.03mm,重复性测量精度优于±0.03mm。     

基于激光二级管光反馈效应的肌肉震颤测量系统

介绍一种测量肌肉震颤频率和幅度的无损伤、非接触光学方法。分析了在直接频率调制下，激光二极管中的光反馈效应，探讨了振动微小位移和速度的理论模型。设计并研制了一套基于光反馈效应的直接频率调制激光二极管光电探测系统。利用该系统对微弱机械振动信号进行了探测，表明该系统能用于肌肉震颤的测量。最后介绍了人体前臂内侧屈肌群紧张收缩时，肌肉震颤的光学测量结果。     

一种非接触测量光学零件厚度的方法

为了实现光学零件厚度的非接触测量,设计了一种基于电光扫描的非接触测量方法。采用电扫描技术控制光开关,形成半径依次减小的环状光束,经过锥透镜后在光轴上形成连续移动的光点,当光点瞄准待测光学零件表面时,反射能量出现峰值,即定位了待测零件的表面,进而获得光学零件的几何厚度。建立了测量平板零件厚度和透镜中心厚度的数学模型;从理论上探讨了该方法的测量范围和测量精度。结果表明:设定锥面镜口径为100mm,材料折射率为1.52,当锥面镜的锥角从1°变化到40°时,测量动态范围可以从5507mm变化到26mm;当测量范围为26mm时,测量精度可以达到2.5μm。该方法可基本满足目前光学零件中心厚度的测量需求。     

光学自由曲面面形检测方法进展与展望

光学自由曲面具有强大的矫正像差和优化系统结构的能力,被誉为现代光学系统的变革性元件。但是,自由曲面面形过于复杂,其高精度检测存在巨大的难度,这限制了自由曲面面形的制造水平,其大规模应用也受到限制。目前,光学自由曲面的检测技术主要是从非球面检测技术发展而来的。回顾了近年来光学自由曲面检测方法的发展历程,着重分析了几种典型的检测方法及其特点,并展望了自由曲面检测技术的未来发展趋势。     

Review of surface profile measurement techniques based on optical interferometry

With the fast development of modern science and technology, two or three-dimensional surface profile measurement techniques with high resolution and large dynamic range are urgently required. Among them, the techniques based on optical interferometry have been widely used for their good properties of non-contact, high resolution, large dynamic measurement range and well-defined traceability route to the definition of meter. A review focused on surface profile measurement techniques of optical interferometry is introduced in this paper with a detailed classification sorted by operating principles. Examples in each category are discussed and analyzed for better understanding.     

正交偏振法消除生物组织表面反射光的研究

应用光谱方法测量生物组织成分时, 信号的拾取一般有两种方法：透射法和反射法。其中,根据光纤测头与生物组织接触与否,反射法分为接触和非接触两种形式。接触测量时, 只有携带了组织信息的深层反射光进入测头, 但接触测量中压力、温度等变化会导致测量条件的变化,进而影响光谱数据的稳定性;非接触测量时, 虽然克服了接触压力、测头温度等对测量的干扰,却会导致不携带光与组织相互作用信息的表面反射光进入测头,由于表面反射光强度高且集中,将会影响检测器的动态范围。因此非接触测量的最大问题是如何有效地消除生物组织表面反射光的影响。针对非接触测量中生物组织表面反射光的消除方法进行了系统研究, 对课题组之前提出的正交偏振法进行了理论和实验分析。首先,以不同被测物为对象,研究了表面反射光的偏振态,结果表明表面反射光的偏振度与表面粗糙度密切相关,表面粗糙程度越小,偏振度越高,由此推断出,经表面光滑的Intralipid溶液反射后的表面反射光具有保偏特性;然后,以Intralipid-20%溶液为被测对象,对正交偏振法消除表面反射光的效果进行了研究,实验结果显示正交偏振法可以消除97%以上的表面反射光;最后,比较分析单波长下不同源探距离处的接触和非接触式光谱测量曲线,二者高度重合,这一现象进一步说明了正交偏振法消除表面反射光的有效性。该研究通过评价正交偏振法消除组织表面反射光的能力,旨在消除接触式漫反射光谱检测中测量条件变化对测量的影响,以期推动近红外无创光谱检测技术的进一步发展。     

玻璃微珠球度自动测试

将现代光学测试技术、计算机技术和光电子技术相结合, 研究了基于面阵CCD,成像物镜和微机的微小尺寸检测系统, 实现了二维尺寸的高精度、非接触、实时自动检测。系统结构简单, 易于操作, 对环境要求宽松。为实现二维尺寸的非接触自动检测, 需要获得被测工件的边缘轮廓参数。解决了非线性平滑、阈值确定和边缘提取等关键技术, 利用边缘轮廓跟踪的方法获取工件的边缘轮廓图像, 系统可精确地确定工件的边缘轮廓曲线。作为实例对微米级玻璃珠的球度进行了测试。该测试系统为非接触式测量, 克服了传统测试方法一些固有的缺点, 不会对工件造成永久性损伤。实验表明该系统测量范围大, 绝对精度达到3.0 μm, 重复性好。     

一种分析薄膜振动模式的结构光条纹时间平均法

提出了一种用于振动物体表面快速测量的光学测试系统和方法。该系统采用结构光三维传感技术,利用时间平均法来实现对振动表面的测量和振动模式分析。用低帧频商用CCD相机记录由光栅投影到振动物体表面上形成的一系列变形正弦条纹,对获取的一帧变形条纹经过二维傅里叶变换、频谱滤波、逆傅里叶变换等处理得到调制物体振幅的零级贝塞尔函数分布。给出了该方法的理论分析,推导了相应的计算公式。计算机模拟和实验验证了该方法的可行性。实验证明,该方法具有数据获取速度快,全场非接触测量以及实验装置简单等优点。     

基于线阵CCD空间滤波效应的航空相机像移速度测量方法

基于空间滤波测速原理,提出了利用线阵CCD空间滤波效应进行航空相机像移速度测量的新方法。对线阵CCD输出图像进行隔行采样,模拟了多狭缝的空间滤波特性,实现了对航空相机像移速度的光学非接触测量。通过研究空间滤波器的功率谱密度函数,对影响线阵CCD空间滤波特性的关键因素进行了特性分析,并在实验上验证了利用线阵CCD推扫图像模拟多狭缝空间滤波器测量像移速度的可行性。结果表明,对于5～53.2 mm/s范围内的像移速度,测量误差导致的像移量误差不大于1/3 pixel,能够满足航空相机像移补偿精度的要求。     

大型双曲面次镜面形检测技术现状及发展趋势

随着以双曲面为次镜的两镜光学系统在天文和空间光学等领域的应用日趋广泛,双曲面次镜的口径和相对口径越来越大,由此对双曲面次镜的面形检测技术提出了很高的要求。本文基于国外有代表性的双曲面次镜参数分析了其基本特征和发展趋势,重点介绍了国外大型双曲面次镜的面形检测技术,并对其中的关键技术进行了分析。同时,概述了国内双曲面次镜检测技术现状。最后,总结和展望了大型双曲面次镜面形检测技术发展趋势。提出今后一段时间内,高均匀性的光学透射材料,高精度、大口径的辅助元件以及基于子孔径拼接的检测方法和数据处理方法是该领域的研究重点。     

Shape and slope measurement by source displacement in shearography

Shearography is a full field non-contact optical technique usually used to measure the gradient of the displacement of a surface subjected to thermal or mechanical loading. This paper describes the use of shearography for surface slope and shape measurement. Interferometric speckle patterns obtained before and after displacement of the optical source are correlated to yield correlation fringes which are, in general, a mixture of slope fringes and carrier fringes. This paper contains a full treatment of the sensitivity of slope fringes to the parameters; the illumination and the imaging geometry and the magnitude and the direction of the source displacement. The slope fringes are corrected for distortion, which is due to the necessary off-axis illumination, and are scaled using parameters calculated using a mathematical model. Experimentally generated phase-stepped slope fringes are unwrapped and integrated to recover the object shape.