激光横向剪切干涉应用于温度场的测量

根据大空间自然对流水平圆管上部上升的羽状烟柱区不符合边界层假设而导致各种解之间差异的问题,提出了利用横向大剪切量干涉实验装置来实现温度场的光学测量,得到了自然对流水平圆管在不同壁温时的实时条纹。利用彩色条纹图像中RGB原始数据中的R分量的峰、谷极值点的坐标来识别明、暗条纹并得到了全场的级数分布,以此反演出全场温度分布。实验结果表明:当圆管直径d为15.6mm、剪切量s为24.2mm时,实验得到的干涉条纹类似于利用全息干涉或马赫-曾得干涉原理得到的无限宽简单条纹;干涉条纹分辨率达到75.64pix/mm;利用横向大剪切量干涉法能够准确快速地反演全场温度分布,为工程热物理分析提供相关数据。     

激光剪切干涉三维形貌测量

针对物体表面的三维形貌测量问题,提出了一种基于激光剪切干涉条纹的三维形貌测量方法。该方法利用激光剪切干涉原理产生密集的干涉条纹,将干涉条纹阵列照射到待测表面。利用四步相移法和解包裹算法求解被测物体表面的连续相位,进而获取曲面表面高度信息,最后建立被测物体三维形貌。本文对楔形薄片和木块进行了测试,初步实验结果证明了该方法原理的可行性。该方法可以与显微镜相配合,进一步发展可用来测量微结构3D形貌,在微测量领域具有很大的应用前景。     

激光剪切干涉技术用于焦距测量的研究

应用楔形平板剪切干涉技术,根据非定焦状态下干涉条纹的取向变化确定待测焦距,具有装置简单、测量方便、精度高等优点,并可用于不可见光区的测量。     

径向剪切干涉测量激光光束波前的研究

详细论述了环路径向剪切干涉（cyclic raial shearing interferometry,CRSI）测量激光光束波前的原理,介绍了傅立叶变换空间载波条纹相位提取方法,以及畸变波前的重建算法,给出了数值仿真结果,并且进行了实验研究,验证了该方法的有效性.     

径向剪切干涉波面重构的数值模拟分析

径向剪切干涉仪所采集到的干涉图并不直接反映原始待测波面信息,为了获得原始待测波面信息,波面重构是必要的。推导了波面重构的迭代算法,并用Matlab分别对径向剪切中不同迭代次数、不同剪切比的波面重构迭代算法进行了数值模拟,得出以下结论:合适的剪切比可以简化迭代运算,提高运算速度;与小畸变波面重构相比,残差波面PV值达到相同精度时,大畸变波面重构需要更多的迭代次数。待测波面的PV值大于10时,剪切比应在0.7以上,PV值大于6小于10,剪切比在0.5~0.7之间,PV值小于6,剪切比小于0.5。     

基于时域剪切的纳秒脉冲在线测量算法

为了从单幅时域剪切干涉图中重建出纳秒激光脉冲的振幅分布,提出了一种基于自参考时域剪切的纳秒脉冲在线测量算法。首先,在对振幅重建原理进行系统分析的基础上,通过数值模拟验证了该振幅重建算法的可行性。然后,给出了实验中各参数的选取原则,并通过实验验证该振幅重建算法的可行性。实验结果表明,该算法不需要额外增加测量光路就能实现脉冲时间强度分布的重建,具有测量原理简单、适用范围广等特点,为纳秒激光脉冲全域特性的测量提供了一种新思路。     

使用双波带板径向剪切干涉仪检测非球面透镜

为了实现对光学非球面的低成本在线测量,在比较和分析现有非球面检测技术的基础上,设计并制作了一种小型径向剪切干涉仪用于检测非球面透镜。基于波带板可以聚焦成像的原理,该干涉仪采用不同焦距的双波带板产生径向剪切干涉。波带板由工业缩微矢量图制版技术设计和制作而成,并通过实验验证了该波带板的聚焦精度。采用傅里叶变换条纹相位分析法对干涉条纹进行处理,计算出波相差和波面面形。实验中给出了平面波光束经过一个非球面透镜后的波面面形检测结果和误差分析,使用该技术对标准非球面进行测试,波差峰谷值(P-V)达到了λ/5的精度,均方差(RMS)达到λ/10的精度。结果表明,该干涉仪具有体积小、抗干扰能力强等特点,适用于对小型非球面透镜进行在线检测。     

剪切量选择对剪切干涉降噪的影响

在全息干涉计量法获得的干涉光场相位中不同程度地存在散斑噪声,为顺利完成相位解包裹,降噪处理是必要的。通过剪切将噪声从光场中分离出来是一种有效方法,但剪切量的选择对去噪的影响还需要研究。通过理论分析、模拟计算和实验验证发现:剪切量会影响理想剪切光场相位与含噪声剪切光场相位之间的线性相关性,继而改变降噪难度;选取合适的剪切量可以使该线性相关系数达到最大,从而获得最佳的降噪效果。     

超半口径补偿剪切干涉法测量脉冲激光波面半径

针对当前对脉冲激光波面半径测量缺乏有效的测试方法，提出了集大错位与等光程于一体的四平板剪切干涉法，达到对脉冲激光波面半径的高精度测量。Ｒ值在３０～１０００ｍ的范围内，测量误差小于±５％     

基于光纤双波干涉的台阶高度在线高精度测量研究

提出一种基于双波干涉的台阶高度光纤在线干涉测量系统。利用光纤光栅(FBG)只反射布拉格波长的特性,使两个波长同时并独立地工作于同一个光纤干涉测量系统中,每个波长的干涉信号分别并同时被探测,将测量量程扩大为半合成波波长。利用反馈电路补偿环境干扰对光纤干涉测量系统的影响,使光纤干涉测量系统适合于在线测量。本光纤干涉测量系统可测量的最大台阶高度达1mm,测量分辨率小于1nm。     

双路信号相位同步测量系统设计与实现

为了实现2维外差干涉位移测量中信号相位的精确同步探测,采用整周期计数与脉冲填充相结合的方法,利用同一时钟基准,对双路信号进行同步检测与并行处理,设计并实现了一种基于现场可编程门阵列的双路外差干涉信号相位同步测量系统。该系统在100kHz载波频率下测量分辨率可以达到0.18,双路信号下的相位同步测量误差同样为0.18。结果表明,该系统实现了整小数相位的精确测量,确保了双路信号相位的实时同步探测,能够满足各种2维外差干涉位移测量系统对相位同步测量的需求。     

阵列透镜测量仪的设计与应用分析

为了解决500mm以上大口径光束波前的实时测量问题,设计了一种波前测量系统,即透镜阵列测量仪,其最大优点是避免了现有的H-S波前传感器所面临的大口径缩束器的加工难题。介绍了该测量系统的组成结构及其测量原理,分析了测量系统在设计中的参数选择,并根据具体的系统参数讨论了测量系统的检测性能。在此基础上,利用数值模拟对1200mm口径光束进行了波前测量的仿真实验研究,分析了测量过程中系统标定对透镜阵列测量仪的作用。仿真实验表明,透镜阵列测量仪能够实现大口径光束的波前探测。     

高精度测量酒精浓度的光纤传感技术

为了研究低含水溶液中水或者其它溶质浓度的高精度测量问题,采用近红外光谱吸收原理和光纤传感器技术,提出了一种高精度酒精含水率测量的方法和实验系统,得到了测量结果:体积含水率在0%～5 %的测量范围内,体积含水率的测量分辨率好于0.005%;体积含水率在0%～1%范围内,测量误差可达±0.01%.结果表明,该方法具有测量速度快,精度高,对油品无污染,适合于长期在线连续测量的特点.     

新型光轴平行度装调仪的设计与分析

为了实现某高能激光发射系统出厂后特别是外场使用时的快速装调,设计了一个光轴平行度装调仪.介绍了平行度装调过程、仪器的光学和机械结构设计,并建立了仪器的三维模型,对设计进行了干涉检查和优化.在此基础上,进行了有限元分析,校核机构的强度.本装调仪的优点是尺寸小、质量轻、便于携带、装调速度快,可以实现高能激光发射系统出厂后特别是外场使用时的快速装调.     

激光外差干涉仪相位计的设计

外差信号的比相处理是决定外差干涉仪精度、分辨率等性能的重要因素。为了解决比相计的分辨率和检测速度之间的矛盾,采用比相方法进行了测量原理、应用特点及局限性的理论分析,给出了相应的解决方案。结果表明,基于现场可编程门阵列的整周期采样可以提高自相关方法的测量精度,混频过零检测方法可以提高测量速度。     

紧凑型光谱薄膜测厚仪的研制

为了开发一种用于测量各向同性均匀薄膜介质厚度的紧凑型薄膜测厚仪,采用了共光路垂直入射设计,利用薄膜干涉原理,通过非线性优化算法对反射光谱进行了拟合,反演计算出了薄膜样品的厚度。采用该仪器测量部分SiO2/Si薄膜样件,测量结果与商业椭偏仪测量结果之间的相对偏差小于0.5%,而单次测量时间仅为70ms。结果表明,该薄膜测厚仪具有对测量距离不敏感、光路简洁、结构紧凑及重复性精度良好等优点,对实现在线实时测量功能具有积极意义。     

多功能插损回损测量仪的设计

为了快速精确测量光连接器件的插入损耗和回波损耗,在传统测量方法的基础上设计了一种新型的多功能差损回损测量仪。该测量仪系统由光路和电路两部分组成。光路部分利用光耦合器得到待测器件的损耗功率,经探测器接收并转换为电流;电流送到电路进行放大和A/D转换,并由单片机进行处理,测量结果由LCD显示输出。实验结果表明,该系统能够实时显示待测器件的差损和回损,达到0.05dB的精度。进一步测试结果表明,该测量系统可以达到70dB的高精度动态范围。     

相关检测法宽光谱消光比智能化测试系统

设计了一套基于相关检测原理的高消光比智能化测试系统。该系统把单色仪、数字锁相放大器和计算机等有机组合,取代了原系统由扫描仪提取数据的方法,完成了数据采集和处理的智能化,从而提高了测试速度和测试精度,实现了可见光区消光比的精确自动测量,而且可以测得近似的消光光谱,克服了只对单一波长进行消光比测量的缺点。     

基于智能相机的高速三维表面信息获取

为了大幅度提高三维信息获取速度,提出了一种基于智能相机和激光三角法的高速三维信息获取与表面重建的系统,介绍了该系统的硬件架构和信号处理。实验结果表明,采用数字信号处理器和并行处理方式,该系统获取三维表面信息速度可达5600点/s以上。