光学移相干涉仪抗振系统的鲁棒μ控制器设计

将结构奇异值μ综合鲁棒控制技术应用于主动抗振控制系统中,并用于解决光学移相干涉仪抗振系统的不确定性问题.采用小波分析方法将随机振动信号进行时频分析后得到低频全局信息,随后运用μ综合D-K迭代法设计鲁棒μ控制器对低频振动进行抑制.该方法克服了由模型自身和外部干扰所引起的不确定性,使得控制系统能够有效地抑制抗振模型的不确定性和外部振动的干扰,同时也具有很高的控制准确度和灵敏度.仿真结果表明,该方法使光学移相干涉仪在外部振动的干扰下具有较好的鲁棒稳定性和控制准确度,同时也能较好地抑制低频振动.     

FFT动态相位重建算法的滤波窗影响分析

为了优化相位重建算法，针对波面干涉图的傅里叶频谱，分析了不同滤波窗口的分布特征和频谱响应，通过计算机仿真和实验测试，确定了FFT动态相位重建算法的最佳滤波窗口类型。其中处理仿真干涉图重建的波面与原始波面的波面峰谷值残差为0.008 5λ，波面均方根值残差为0.000 1λ；处理实验干涉图获得的波面与移相干涉测量法获得的波面峰谷值残差为0.009 3λ，波面均方根值残差为0.000 5λ。结果表明:选取Hamming窗进行滤波处理并重建的相位经拟合后得到的波面较参考波面的面形残差最小，相位重建精度优于0.01λ，可进一步应用于大口径光学元件的测量中。     

基于二维光栅分光的同步移相干涉测量技术

为了干涉测量的抗振目的,提出了一种新的同步移相干涉测量方案并搭建了实验装置。整个测量系统在迈克耳孙偏振移相干涉仪的基础上,利用一个正交的二维光栅产生对称分光,选取对于理想光栅衍射效率一致的(±1,±1)级衍射光作为测量分光路,使之分别通过偏振方向依次相差45°的一个偏振片组,从而分别形成0°、90°、180°和270°相移的四幅移相干涉图,按照传统的四步移相算法,对被测波面进行了复原。分析了光强畸变和移相误差对系统的测量误差的影响。利用该系统测量一球面系统,结果与在ZYGO干涉仪上相比较,球面系统的均方根误差相差0.012λ,峰谷值相差0.051λ。     

基于液晶体的大错位量散斑相移技术研究

系统地分析了大错位量散斑干涉术测量离面位移的原理,并结合晶体光学理论详细分析液晶体的相移过程．同时从理论上剖析了沃拉斯顿棱镜的错位机理,从而构造出一种新的基于液晶体实现大错位量散斑相移技术的测试系统。采用该检测系统对结构实体混凝土在不同养护时间情况下的力学行为进行测试研究。实验结果揭示：随着养护时间的增加,混凝土结构的力学性能指标也相应增加,但在养护21天后,混凝土结构材料的弹性模量和结构强度都达到某一稳定值(即标准试样在同等养护条件下的实验室测量值)。并且也发现该技术使用方便,检测时受环境的影响小,可以实现现场在线原位实时无损检测,并能够得到非常真实的检测结果,从而可以实现更精确的定量计算。     

Simulation study on the quantitative phase retrieval method under two-step phase-shifting technique

Based on two-step phase-shifting technique, we present a new derivative method for phase information extraction in quantitative phase imaging (QPI). By acquiring two phase-shifted interferograms and numerically calculating their 1st order derivatives, one can directly obtain the quantitative phase information. We demonstrate the proposed method by comparing our simulated results with the experimental results of the red blood cell and the HeLa cell, respectively. It shows that our method can be generally applied to any QPI, such as on-axis and off-axis interferometry, especially for slightly off-axis interferometry, and it has the feature of efficient utility of camera spatial bandwidth and the ability of fast data processing.     

基于主元分析的随机相移算法

将统计理论中的主元分析应用到干涉条纹分析中,提出一种基于主元分析的随机相移算法。该算法先将多帧条纹数据分解成不相关的主元成分,然后从主元成分中提取2维相位信息。数值模拟结果表明:该算法不需要迭代运算就能从4帧完全随机相移干涉图中有效提取相位信息,运算时间少,精度高。实验结果表明主元分析相移算法比现有迭代相移算法更适合于随机相移干涉图分析。     

投影栅相移法中的相位波动误差及修正算法研究

分析了因测量系统非线性响应及局部饱和投影栅图像所导致的相位误差及其波动特性。经过实验验证,四步相移算法在抑制系统非线性响应所引起的相位误差方面优于三步相移算法。通过模拟分析得出,在采用传统相移算法对局部饱和条纹图像分析时,相位误差较大,且相位分布具有周期波动特性。为减小因图像局部饱和而产生的相位误差,文中采用了新的算法提取相位。实验分析结果验证了算法的正确性。     

光学干涉计量中的位相测量方法

对光学干涉计量中常用的位相测量方法进行了综述,包括时间相移法、空间相移法、空间载波相移法和Fourier变换法以及位相展开问题。     

Performance Optimization of Phase-Shifting Interferometry Using Data Average on Wide Range Roughness Measurement

Performance optimization of phase-shifting interferometry was investigated using data average on wide range roughness measurement. The interferometry performance was strongly affected by data average and an optimal data averaging condition of minimal measurement error was found. The high limit roughness level which makes the data average available for the interferometry performance optimization providing a reproducible and smallest roughness was determined to be about 5 _A rms roughness. Therefore, the optimal interferometry performance absolutely required data average for finer surfaces than about 5 _A rms roughness. On the other hand, the optimal interferometry performance for surfaces rougher than about 10 _A rms required little data average. The reliability of the optimal performance of phaseshifting interferometry was checked.     

Classification of rough surfaces: comparison between two hybrid optical coherent processors

Two coherent optical approaches to the classification of rough surfaces using Fourier techniques are compared. Results for various machined metal samples show the potentials of these non-destructive techniques for roughnesses of R_t ranging from 0.1 to 10 μm.