从反射面检测锥体棱镜直角误差的方法

介绍了一种使用平面干涉仪检测锥体棱镜直角误差的方法。使用这一检测方法时需要制做一个角度为24.4°的夹具,将被测棱镜放置在夹具之上。这个夹具的作用是,可以使来自干涉仪的标准平行光束(测试光束)由反射面折射入棱镜内,并且垂直于被测直角棱线,经被测直角两个面的反射光仍按原光路返回。当出射光束与干涉仪的标准平行光束(参考光束)重合时产生干涉,实现在平面干涉仪上对锥体棱镜直角误差的测量。与传统的测量方法相比较,该方法具有测量准确、计算精度高的特点。适合于对高精度锥体棱镜(α≤3″)直角误差的测量。     

从入射面检测锥体棱镜直角误差的方法

介绍了一种应用激光平面干涉仪从入射面检测锥体棱镜直角误差的方法。棱镜被测角通过一个夹具被预置一个初始角,使射入棱镜内的测试平行光垂直于被测角棱,经被测直角的两个面反射后形成全反射光路,当射出的光与测试平行光重合时产生干涉,实现对锥体棱镜直角误差的测量。介绍了测量、干涉条纹图形分析和直角误差计算的方法,并与传统检测方法进行了比较。结果表明,该方法具有操作简单、测量准确、计算精度高等特点,适合于高精度锥体棱镜(α≤3″)的直角误差测量。     

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.     

移相干涉仪的抗振技术研究进展

在对光学元件面形进行检测和光学系统成像质量的评价中,移相干涉测量技术有着广泛地应用。但是,光学干涉仪的测量精度对环境的要求非常苛刻,环境的振动和空气的扰动会对测量结果产生很大影响。提高移相干涉仪的抗振性很有必要,受到广泛重视。国际上移相干涉仪的抗振技术主要包括主动抗振和被动抗振两方面,两种技术具有各自特点。     

斐索型球面干涉仪移相误差的探讨

本文对斐索型球面干涉仪的移相原理误差进行了理论推导和计算;应用移相干涉术的三步法和五步法,分析和比较了球面移相误差对波面复原精度的影响,并给出了有关数据和曲线。最后,提出了几种减小球面测量误差的措施。     

移相干涉测量术及其应用

为了对移相式数字干涉仪在光学元件测量中的应用有全面了解，介绍了移相干涉术的基本原理。结合激光数字波面干涉仪，阐述移相干涉术的四步重叠平均算法、压电晶体移相器(PZT)的结构、3 PZT的组合方法、移相器的标定误差和非线性误差的校正方法、波面相位解包的自适应种子算法、波面相位的评价指标等内容。结合移相数字波面干涉仪，叙述了移相干涉测量技术在普通光学元件、红外光学元件、大口径光学元件、非球面光学元件等测量中的应用并指出了应用过程中的注意事项。最后明确指出光干涉技术正沿着高相位分辨率、高空间分辨率、宽波段和瞬态高速测量的方向发展，并将会在瞬态波前测量、微机械的微结构动态分析等方面有着越来越广泛的应用。     

菲索干涉仪中精确移相的实现

为了实现移相式菲索干涉仪对光学元件面形的高精度测量,建立了干涉仪同步采集移相系统,并对精确移相方法进行了研究。介绍了移相系统的构成和工作原理,计算了测量过程中移相器的速度。针对PZT移相器在移相过程中会引入离焦误差,并存在加速段和减速段的问题,详细设计了移相器的行进过程。最后,对移相器的性能进行了标定。在改造后的干涉仪上开展了重复性验证实验,结果表明：干涉仪可以获得λ/11 340的RMS测量重复性。对改造后干涉仪与Zygo公司生产的Verifire XP/D干涉仪的测量精度做了比对实验,结果显示：相同元件下两者测量结果的面形RMS之差约为0.9 nm,表明提出的移相系统及移相方法在重复性和准确度方面都能满足纳米级面形测量的要求,为研制高精度移相干涉仪奠定了基础。     

同步移相干涉仪中的延迟阵列移相特性研究

为了研究同步移相干涉仪中延迟阵列的移相特性,采用琼斯矢量和琼斯矩阵作为偏振光和偏振光传递的参量和模型,分析推导了延迟阵列的移相量与快轴方位角误差之间的传递关系,给出了误差传递函数公式,在没有精确校准延迟阵列快轴方位角的情况下,搭建了基于延迟阵列移相的测量装置,利用该装置和Zygo GPI XP型干涉仪测量同一块球面镜,测量波面均方根值相差0.003λ,峰谷值相差0.033λ。讨论了延迟阵列方位角误差容限和延迟量误差、偏振片透光轴方位角误差对测量结果的影响。     

变倾角移相法测量反射棱镜的光学平行差

为解决棱镜等效展开为玻璃平板后因腔长固定导致的移相困难问题,提出一种变倾角移相测量反射棱镜光学平行差的方法。通过改变光束在反射棱镜入射端面上的倾角在干涉图中引入移相量,实现干涉图中的相位提取。采用最小二乘法拟合相位计算反射棱镜的光学平行差。在实验中,测试了一块弦长为56.5mm的等腰直角棱镜,得到直角偏差Δ_(90°)为-2.1435″、锐角偏差δ_(45°)为-4.6216″、直角边对应棱差γ_C为0.3554″,而Zygo GPI干涉仪仅可得到棱镜直角偏差,与本文方法的测量值偏差在0.15″以内。所提方法移相光路设计简便,并可实现小尺寸反射棱镜的测量。     

高精度,大口径平面波像差标准—移相式数字平面干涉仪

介绍研制成的一台移相式数字平面干涉仪，其孔径为φ２４５ｍｍ，用液面作基准标定并消除仪器的系统误差，准确度优于λ／５０（峰谷值，λ＝０．６３２８μｍ），利用计算机辅助干涉术，被测件口径可扩展到φ５００ｍｍ，该仪器将用于建立高精度，大孔径平面波像差标准。文中阐述了光学干涉仪，移相器及精度校核等问题。     

平面干涉仪检测立方体直角误差的方法

介绍一种使用平面干涉仪对立方体直角误差的测量方法。利用激光干涉测量方法具有精度高和灵敏度高的特点,制做一个放置立方体的夹具,使其测试光路在立方体内经反射后又由入射面出射,当与测试平行光重合时形成干涉,实现用平面干涉仪对立方体直角误差的检测。同时,也可对立方体表面平面度、玻璃材质缺陷等指标进行判别。具有与棱镜透镜干涉仪检测立方体直角误差的同等效果。     

用于相移点衍射干涉仪的加权最小二乘相位提取算法

针对现有的相位提取算法只对某些特定的误差不敏感,不能满足高精度光学检测的要求,本文引入一种等间隔多步移相算法—权重待定的加权最小二乘算法。通过在最小二乘算法中添加待定的权重,分析移相点衍射干涉仪中多种误差源对算法的影响,获得多组约束方程,从而确定权重和新算法。对新算法和标准四步算法、Hariharan五步算法进行比对分析,验证了新算法对PZT线性和二阶非线性移相不准、光强的一阶二阶波动和光源频率一阶二阶波动等误差抑制能力远远优于标准四步算法和Hariharan五步算法;新算法对CCD的量化误差、光强噪声、频率噪声的抑制能力也具有一定优势,且对CCD的二阶响应非线性完全不敏感。     

空域移相偏振点衍射波前检测技术

点衍射干涉仪结构简单、共光路、测量精度高, 空域移相干涉仪抗振性能优越, 两者在波前检测领域获得了广泛的应用. 本文采用激光打孔技术, 通过在金属纳米线栅偏振片上制备小孔, 制作了偏振点衍射板; 结合分光结构的空域移相技术, 搭建了空域移相偏振点衍射干涉仪, 并对一焦距为550 mm, F_#10的平行光管准直物镜透射波前进行测量, 与法国Phasics公司生产的商业化波前传感器SID4的测量结果相比较, 两者峰谷值相差0.09λ, 均方根值相差0.012λ ; 利用35项Zernike多项式拟合两者的测量结果, 将拟合得到的系数在同一坐标轴下绘制成两条曲线, 两者基本重合, 从而验证了所搭建的空域移相偏振点衍射波前检测装置的测试精度. 从而在传统点衍射干涉仪的基础上引入了空域移相技术, 实现了波前的高分辨率、高精度、实时检测, 并且提高了对振动、气流等环境因素的抗干扰能力.     

基于角锥棱镜和面阵CCD的动态基座航向角校准

研究用于飞行器等动态基座航向角校准的大范围、中高精度航向角度测量系统.系统采用2个面阵电荷耦合装置(CCD)检测反射光斑的相对位置,实时测定动态基座航向角,为避免基座晃动的影响,提出了角锥棱镜反射测量方法并设计了整套光路,所需元件少,结构简单,光路调谐简便,适合空中作业.根据预估参数搭建了实验系统,对面阵CCD传感器的检测信号进行阈值分割处理后,采用重心亚像素检测方法,定位精度达到0.4像元大小,航向角度测量不受基座晃动影响,测量精度优于1',测量范围满足±10°,为应用于外场实验打下了基础.     

Measurement of residual wedge angle with a reversal shear interferometer

A technique for determination of residual wedge angle of high optical quality transparent parallel plate using a reversal shear interferometer-based optical system has been discussed. In this technique the parallel plate to be tested is used to introduce angular tilt in the preset two-beam interference fringes of a reversal shear interferometer. The parallelism is calculated from the angular tilt of the fringes. The technique is more sensitive compared to techniques using Fizeau interferometer and is most suitable for highly parallel transparent plate with very low residual wedge angle.     

Self-mixing interferometer based on temporal-carrier phase-shifting technique for micro-displacement reconstruction

A novel self-mixing interferometer based on temporal-carrier phase-shifting technique is presented. The phase of the laser beam is modulated with a triangular wave by an electro-optic modulator (EOM) in the external cavity. Phase demodulation of the interference signal is achieved by five-step Schwider-Hariharan algorithm combined with a special sampling technique. Theoretical analysis and simulation results are presented. Some errors of the technique have been discussed. Experimentally, the new interferometer is applied to measure the displacement of a high precision commercial PZT and a displacement measurement accuracy of λ/60 can be obtained.     

自组建激光干涉仪测量平行板楔角

在光学实验平台上组建激光干涉仪,给出了测量微小楔角的原理和测量方法,导出了测量公式并进行了实际测量.     

广角任意反射面速度干涉仪的光学性质研究

研究了广角任意反射面速度干涉仪(VISAR)的光学性质。阐述了广角VISAR的原理,指出广角诊断靶中椭球镜的作用是将靶丸内表面成虚像在靶丸中心附近。使用Zemax模拟了成像弯曲对动态干涉条纹形成的影响,提出使用异形光纤面板进行像面矫正。研究了工程误差对干涉仪成像的影响,若要取得良好的成像效果,椭球镜的位置偏差不得多于30 μm,倾角不得超过4°,长轴方向加工误差需小于0.1 μm,短轴方向误差需小于4 μm,镜面反射率应高于70%。讨论了广角VISAR光学研究的进一步发展方向如影响动态条纹的更多可能因素、像面矫正的其他方法、物与像面的光学对应等。     

Self-calibration of a phase-shifting adapter for Fizeau interferometers

Phase-shifting interferometers with three piezoelectric transducers (PZTs) on their phase-shifting adapter (PSA) are widely used in precision measurement. The guarantee of the PSA to stretch as a flat is very important to the accuracy of the measurement. In this paper, we propose a systematic self-calibration method to calibrate the different displacements of the PZTs so that the PSA can be moved evenly as a flat. The proposed method uses only the interference patterns to calibrate the three PZTs and information about the exact position of the PZTs and the instrument parameters of the interferometer are not required. Experimental results show that, after calibration by the proposed method, the deviation of the measured phase shift error could be reduced about 43.1 times from 3.492 to 0.081°.