空间域相位调制干涉仪用于微位移测量

本文从波动光学的干涉理论出发，描述了空间域相位调制干涉测量位移的原理。给出干涉仪的系统构成原理。比较空间域相位调制与时间域相位调制的异同点。指出空间域相位调制的特点。提出空间域相位调制干涉仪的两种工作状态，即单条纹和双条纹工作状态。最后给出位移测量结果。     

用迈克尔孙干涉仪测量位移的精度改进

迈克尔孙于涉仪"是近代著名的物理实验内容，在工科物理实验教学中，基本都有测量He-He激光的波长或钠双线的波长差的内容.本文结合科研工作的实际，讨论用迈克尔孙干涉仪测量位移的精度改进，此内容可作为该课程的一个综合实验或选做内容.如图所示，根据非定域干涉圆条纹的"吞"、"吐"现象，若M；镜移动了距离nd引起条纹"吞"或"吐"的数目为N，则波长λ已知，可测得面d，这就是用迈克尔孙干涉仪测长的基本原理.由（1）式可知，用迈克尔孙于涉仪测量位移，其精度基本为半波长的数量级.如实验中采用He-Ne激光器，其值约为0.4μm.这对于一般…     

瞬态位移干涉仪信号处理新方法

利用短时傅里叶变换计算速度快的特点,先对瞬态位移干涉仪信号进行预处理,得到速度的轮廓范围.据此估计小波变换中尺度因子的范围,然后用连续小波变换的方法对信号再次进行处理,用此方法分析计算机模拟出的位移干涉信号,恢复的速度相对误差小于2%.对高速爆轰实验中的位移干涉信号分别采用短时傅立叶变换、小波变换和二者相结合的方式进行分析,并记录三者的计算速度.实验表明,第三种方法能准确地恢复出物体的速度历史,计算误差在系统要求的范围内.本文综合计算速度和计算误差两方面的考虑,选择了适合于瞬态位移干涉信号处理的方法.     

瞬态位移干涉仪信号处理新方法

利用短时傅里叶变换计算速度快的特点,先对瞬态位移干涉仪信号进行预处理,得到速度的轮廓范围.据此估计小波变换中尺度因子的范围,然后用连续小波变换的方法对信号再次进行处理,用此方法分析计算机模拟出的位移干涉信号,恢复的速度相对误差小于2％.对高速爆轰实验中的位移干涉信号分别采用短时傅立叶变换、小波变换和二者相结合的方式进行...     

压电振子表面振动位移分布的激光干涉仪测量

本文提出了一种采用迈克尔逊干涉仪方法测量压电振子表面振动位移分布的简单方法。当其中一支光路引入一低频相位调制,可使测量结果不受环境机械振动和声噪声的干扰(包括带动微动台移动的马达机械振动和声噪声),因而可进行一维自动测量。当自动测量时,位移振幅一般需大于0.1A,当进行定点精密绝对测量时,最小可测位移为5×10~(-2)-5×10~(-3)A,最后给出了几种压电振子的测量结果。     

半导体激光Fabry-Perot干涉波长的微位移测量仪

摘要设计了一种基于Fabry-Perot干涉波长测量仪.这种测量仪使用两个Fabry-Perot干涉腔,其中一个作为测量腔、另一个作为参考腔,测量腔的一个反射面与被测对象安装在一起,参考腔的一个反射面与压电陶瓷安装在一起.根据透射光谱中心波长与其干涉腔长之间的关系,当参考腔与测量腔的透射光谱中心波长完全重合时,对纳米级微位移实现实时测量.光源采用半导体激光器,可获得所需要的波长值和波长变化范围.实验结果表明,这种测量仪测量误差不大于1.5 nm,该精度可以满足精密机械加工、光电子和微电子加工以及纳米级测量技术等领域的精度要求.     

激光超声中微振幅测量的干涉仪电偏频跟踪系统

激光超声是近些年来发展较快的研究课题。它应用于无损检测的一个重要问题如何测量微振动。由于需检测的对象是小于10~(-10)m数量级的微振动,一般采用干涉仪作为检测的主要手段。干涉仪可以测量微振动,主要有麦克尔逊干涉仪、法布里-珀罗干涉仪等。用干涉仪测量微小振动面临的主要困难是提高测量精度和整个系统的稳定性,使整个系统具有较好的抗干扰性能。我们在研究中采用了激光频率锁定方法。其     

采用光电计数的激光微位移测量实验系统

以迈克耳孙干涉仪的光路为基础,利用CCD实时采集干涉条纹的光强信息,通过精确测量条纹的偏移量,测出物体的微位移.与传统微位移测量方法相比,He-Ne激光器、CCD等器件的使用和FFT、互相关运算等信号处理方法的运用,使得测量精度和灵敏度有较大提高,借助虚拟仪器手段还实现了微位移的全自动测量.     

弹性撞击速度的激光分束测量技术

 研制了一个激光分束测速系统。它由一台4mW He-Ne激光器，一个将单束激光分成10束相互平行的等间距（间距为5 mm）激光的分光器，一个高灵敏度、工作状态自检、可进行波形合成、10路接受、一路输出的光电接收转换装置，一台数字存贮示波器，以及微型计算机组成。可进行弹性撞击速度的测量。     

基于径向剪切干涉仪的三维位移测量技术

本文提出一种基于双圆光栅径向剪切干涉仪的三维位移测量方法,其测量原理是径向剪切干涉仪所形成的莫尔条纹不仅由二维平面内位移决定,轴向位移会在+1和–1级莫尔条纹之间产生一个特定的相移.首先,基于标量衍射理论对双圆光栅径向剪切干涉仪的+1和–1级莫尔条纹强度分布进行推导,建立了三维位移量与莫尔条纹强度分布的精确解析关系;其...     

同步辐射束流尺寸测量干涉仪的设计与仿真

基于同步光的干涉法,是一种非拦截高精度的束流截面测量手段。相比传统成像法,干涉法可以测量更小的束团尺寸、分辨率更好,较短测量波长下有望获得亚μm级的分辨率,因此在同步辐射光源中得到广泛应用。对合肥光源HLS II的原有同步光干涉装置,提出了将原有的干涉光路中第一面聚焦透镜换成RC结构聚焦反射镜,第二面单透镜换成双胶合透镜,以达到在不改变光路光轴情况下减小色散和几何像差,从而提高光路成像质量的目的。采用几何光路设计方法对成像质量进行评价,并进行物理光学仿真计算,得到测量系统的干涉条纹。仿真结果表明：光学系统成像的艾里斑半径减小约35%,点列图的均方根半径减小了约99%,波前差也减小了约75%,调制传递函数（MTF）的截止频率提高了约65%,采用聚焦反射镜代替原有的聚焦透镜可大幅提升光路成像质量。     

用于位移精密测量的光外差马赫-泽德干涉仪

本文介绍了我们研制的用于位移精密测量的光外差马赫－泽德干涉仪。由于在光路设计中采用了共光路的布置，共模抑制技术得以实现，环境干扰产生的噪声得到很好的消除，相位检测的稳定性和精度大大提高。使用该干涉仪测量了一台在光学相移器内ＰＺＴ微位移驱动装置的电压－位移关系。测量结果具有良好的线性和重复性，与预期相符。根据测量数据分析，该光外差干涉仪具有３ｎｍ的位移测量精度。     

高精度六面体垂直度误差测量的一种新方法

介绍了一种利用波面干涉仪和精度为0.2″的端齿盘组合测量六面体相邻两面垂直度误差的新方法,建立了基于最小二乘算法的评定垂直度误差分布的数学模型,介绍了测量装置及测量实验步骤。该方法不但测量精度高,而且能够获得两个面之间垂直度误差分布数据,可用于六面体面体形位误差的高精度修形加工。针对精度为2″的标准直角棱镜的测量实验表明该方法测量结果可信,精度优于0.5″。可推广到其他多面体类零件形位误差的高精度测量。     

Polarization beam splitter based on photonic crystal self-collimation Mach-Zehnder interferometer

A polarization beam splitter based on a self-collimation Mach-Zehnder interferometer (SMZI) in a hole-type silicon photonic crystal was proposed and numerically demonstrated. Utilizing polarization dependence of the transmission spectra of the SMZI and polarization peak matching (PPM) method, the SMZI can work as a polarization beam splitter (PBS) by selecting appropriate path length difference in the structure. Because of its intrinsic operating principle, the PBS possesses high polarization extinction ratios (PERs). As its dimensions are only several operating wavelengths, the PBS may have practical applications in photonic integrated circuits.     

基于偏振分束成像的旋光角度场测量技术

 为了精确地测量旋光效应中偏振光的旋光角度及其分布,提出了基于偏振分束成像的旋光角度场测量新方法。分析和推理论证了旋光角度场测量理论基础,设计构建了光电检测验证系统,即根据偏振光分束原理,借助于高清晰度CCD采集图像,由计算机对图像进行中值滤波和基于奇异值的匹配处理,再采用“差除和”信号处理以消除光源波动的影响,得到检测结果。实验结果表明,与传统的测量方法相比,该方法不受光源波动的影响,能精确、快速地检测旋光角度二维分布场,并具有很好的线性,数据的均方差仅为传统测量方法的40%。     

基于薄芯光纤模态干涉技术的曲率光纤传感器

提出了一种新的基于薄芯光纤模态干涉技术的光纤曲率传感器。在单模光纤的中间部分插入薄芯光纤用于传感光路,没有插入薄芯光纤的单模光纤用于参考光路,以消除环境对曲率测量的影响。由于插入的薄芯光纤和单模光纤纤芯失配,导致包层的高次模被激发,并与纤芯模在单模光纤内形成干涉。当改变薄芯光纤的曲率时,沿纤芯和包层传播的模态和光纤长度会发生改变,使得干涉谷峰发生平移。将传感光纤的两端固定的平移台上,当调节平移台距离时,薄芯光纤的曲率发生改变,导致干涉谷峰向短波方向平移。通过观察谷峰的平移距离可以实现曲率的传感测量。实验表明,该装置具有低损耗、低成本和高灵敏度的特点。     

基于光学设计软件的相移点衍射干涉仪建模

为了模拟用于球面面形高精度检测的相移点衍射干涉仪的测试过程,介绍了点衍射干涉仪的基本工作原理,分析了相移点衍射干涉仪的测量误差。利用光学设计软件和自行编制的软件建立了点衍射干涉仪的检测模型,利用该模型分别推导了参考光束和测试光束在干涉场的复振幅分布,模拟了测量过程。根据光的相干理论,通过改变被测镜的位置,实现移相,得到移相干涉图。最后对一设定的被检镜进行实验模拟,生成了两组对称倾斜的13步移相干涉图,对干涉图处理后计算得到了被检镜的检测面形。结果表明,在不引入硬件误差时,由相位提取和波面反演造成的检测面形与设定面形偏差为RMS值0.0783nm,PV值0.5656nm。     

On use of ghost-less beam splitter in reversal shear interferometer for measurement of spatial coherence of large cross-section laser beam

A configuration of reversal shear interferometer suitable for measurement of spatial coherence of high average power, large cross-section laser beam has been discussed. Ghost-less beam splitters in which unwanted multiple reflections from the surfaces have been suppressed by total internal reflection are used for beam splitting and re-combination. Advantages and drawbacks of this configuration have been discussed.     

A novel polarization interferometer for measuring upper atmospheric winds

A static polarization interferometer for measuring upper atmospheric winds is presented, based on two Savart plates with their optical axes perpendicular to each other. The principle and characteristics of the interferometer are described. The interferometer with a wide field of view can offer a stable benchmark optical path difference over a specified spectral region of 0.55--0.63~\mu m because there are no quarter wave plates. Since the instrument employs a straight line common-path configuration but without moving parts and slits, it is very compact, simple, inherently robust and has high throughput. The paper is limited to a theoretical analysis.     

A displacement measurement system, utilizing a Wollaston interferometer

A dual interferometric displacement measurement system is presented where a Wollaston prism interferometer is employed in conjunction with a normal Michelson interferometer. The system operates without the use of external polarizers, apart from those associated with the Wollaston prism interferometer itself. It is shown that an optical path difference induced in the Michelson interferometer can be detected using the Wollaston prism in a normal interferometer arrangement. Further, the interference pattern produced by the Wollaston prism interferometer changes in a measurable, linear fashion as the optical path difference from the Michelson interferometer alters. A simple theoretical analysis of the system is presented and used to derive a computer model of the optical arrangement. Results from an experimental implementation of the system, using a Wollaston prism with a beam separation of 0.5 degrees and a superluminescent diode, of wavelength 825 nm, as a light source, are included and compared to the results from the computer model.