波片相位延迟量精密测量新方法

利用旋转波片的偏振干涉技术，结合机械－光学旋光调制器对光相位的调制，通过判断方波信号的有无，可精密地确定被测定片相位延迟的数值，机械－光学旋光调制器的使用，大大简化被测样品和测试装置中四分之一波片光轴方位的调整，也显著地提高了装置测量的灵敏度和波长测量范围，对环境不作特殊控制，依据本方法建立的测试装置的相对测量误差可小于千分之五。     

1/4波片相位延迟分布的动态测量

通过密勒矩阵和斯托克斯参量法对一种1/4波片的相位延迟分布的测量模型进行了推导,并设计出一种空间分光移相器,取代一般测量系统中的检偏器,使得系统能于瞬间同时采集四幅具有90°移相步长的干涉图,避免了环境振动对测量的影响,从而可以对1/4波片的相位延迟分布进行动态在线测量.对一个实际标称波长632.8 nm的1/4波片进行了测量,结果显示其平均延迟量为149.36 nm,且接近75%部分其相位延迟误差在5 nm之内,显示出较好的延迟均匀性.     

测量任意波片相位延迟量的简便方法

为了更方便的测量待测波片的相位延迟量,提出了简便易行的测量任意波片相位延迟量的方法,无需标准1/4波片,而且还可以利用一套实验系统同时测量2个未知波片的相位延迟量,并从理论上推导出了通用测量公式,从实验上进行了实际测量.     

二元复合波片延迟相位方位效应探讨

在多级波片方位效应的基础上，探讨了复合波片的方位效应问题。通过对多级波片的设计与测量，论证了入射光方位是影响波片延迟量的关键因素。     

偏光干涉法测量波片相位延迟量和厚度

基于偏光干涉理论,提出一种宽光谱范围内测量波片相位延迟量和厚度的方法。利用矩阵光学方法分析了光谱透射率曲线与中值透射率直线交点波长之间的关系,给出待测波片的相位延迟量、波片厚度等多个物理量的计算公式并进行了误差分析。误差分析表明本方法相位延迟量测量最大误差为3.38°,厚度测量最大误差为0.66μm。实验上利用分光光度计验证了本方法的有效性。本方法能够实现波片多物理量的同时测量,且调节过程对于起偏器、检偏器透光轴方向及待测波片快轴方向无严苛要求,测量过程对波片也无损伤和污染,在波片加工、使用前质量评估等方面都具有一定的应用价值。     

椭偏法测量云母波片相位延迟量及双折射率

为了得到云母波片的相位延迟量和双折射率随波长的变化关系,利用椭偏光谱仪连续测量了云母波片在400~770 nm光谱范围内的延迟量.在对云母波片进行校准后,测量的数据被光电探测器收集并输送到计算机,根据输出的数据可以得到云母波片的相位延迟量随波长的变化.利用测得的延迟量计算出了云母波片在一定光谱范围内的双折射率,得到了云母波片的双折射率色散曲线,并通过拟合得到了双折射率色散公式.该方法能测量任意波片的相位延迟量,并且具有测量方便、周期短、精度高等特点.     

基于双频激光干涉相位检测的高精度波片测量

波片精度对偏振光学系统性能有着重要的影响,故需要对其相位延迟量和快轴方位角进行高精度测量。提出了一种新型基于双频激光干涉相位检测的高精度波片测量方法,采用双频激光外差干涉光路,利用一个可旋转半波片和一个角锥反射棱镜测量待测波片,可实现任意波片的相位延迟量和快轴方位角的高精度同时测量。所提方法不受波片、偏振片等双折射器件的方位角精度的影响,从原理上避免了该类系统误差。所设计的系统具有共光路结构,测量稳定性高,信号处理采用相位检测方式相对于一般的光强检测方式测量精度更高。此外,所设计的测量系统中元件很少,结构简单,测量过程快捷。误差分析表明,在现有实验条件下,测量系统的波片相位延迟量的测量不确定度约为3.9′,快轴方位角的测量不确定度约为5′′。实验比对结果表明,所提方法的测量结果与其他方法测量结果的一致性很好。重复性测量实验表明,测量结果的标准偏差约为2′。     

基于最小二乘拟合波矢估计的角位移测量方法

为了实现微小角度的精密测量,提出一种基于最小二乘拟合波矢估计实现角位移测量的方法,利用全息理论和采样定理二次曝光记录两幅全息图,通过角谱分析求解测量光相位信息的相关参数,进行波矢估计并求解两次波矢存在的角位移关系,使用计算机仿真验证了该方法的可行性和准确性并分析了像素尺寸、像素数和信噪比对测量精度的影响,用实验验证了理论计算结果与实验测定结果的一致性。实验表明,在CCD像素数不低于1000pixel,像素尺寸不小于4.6μm,信噪比不低于20dB的情况下,测量方法可实现3.9°范围内的准确测量,测量的均值误差控制在2.5×10^-7rad内,测量的标准差控制在2.0×10^-7rad内。     

四区域法消除偏振棱镜缺陷对波片相位延迟测量的影响

在起偏器-待测波片-检偏器系统基础卜提出一种四区域测量波片相位延迟量的方法.调整待测波片和检偏器的方位角,获得相应的四组光强值,通过线性运算得到待测波片的相位延迟量,完全消除了起偏器和检偏器不完全消光带来的误差.由于测量系统中不存在标准波片或其他相位调制元件,允许测量波长仅受偏振棱镜和探测器的限制,因此四区域法可适用于很大波长范围内的波片测量.以λ/4波片为例,理论分析了测量系统利用四区域测量法后的仪器误差为σφ≤士3.49065×10-3rad(约0.2°),精度比原算法提高约1个数量级.实验验证了四区域法能有效提高系统精度.     

基于光弹调制技术的波片相位延迟量测量方法

提出了一种基于光弹调制技术的波片相位延迟量测量方法,利用米勒矩阵对其进行了理论推导和误差分析。测量光路包括激光器、起偏器、光弹调制器、被测波片、检偏器和光电探测器,利用探测信号的归一化基频分量和二次谐波分量精确计算出被测波片的相位延迟量。该方法能测量紫外到红外光谱范围内任意相位延迟量的波片,误差分析表明其误差小于0.05°。实验验证了该测量方法的有效性,波片相位延迟量的重复测量精度为0.0048°。     

二维剪切干涉波前的最小二乘法重建

提出了一种可以快捷地重建原始的二维波前的新算法。对于分别在相互垂直方向上横向切干涉获得的两个差分波前,用快速傅里叶变换首先计算出待测原始波前存x和y方向的估计分布,然后利用误差计算的最小二乘法进行二维拟合,可以恢复出待测波前的二维分布。提出的理论可以应用于剪切量大于1个采样间隔的二维波前重建问题,解决了已有的二维剪切干涉波前重建技术中要求剪切量等于采样间隔的限制。研究了剪切量和噪声对重建精度的影响．和其它算法进行了比较．给出了数值实验结果和分析讨沦。结果表明该算法速度快,对噪声有较强的抵抗力．有望在实际的剪切干涉测量中获得应用。     

红外波片相位延迟的测试方法及精度分析

通过全面分析光强随波片方位角的变化从中优化出可适用于红外波段的确定波片延迟的方法。此方法只需读取输出光强的最大值和最小值,通过简单运算得到所测波片的相位延迟。以此为理论基础,建立了一套红外波片检测系统,此系统使用元件的数量较少,操作简单,重复性好,易于得到较高的测试精度。此外,从系统光源、光学元件到接收器件等组成部分分析了整个系统中各种误差源对测试精度的影响。结果表明,该系统的检测精度与波片延迟有关,并给出其关系曲线,由该曲线可知,当所测波片的延迟大于40ο时,该系统的仪器相对误差在1%之内,对于常用1/4和1/2波片,仪器相对误差分别为0.2%和0.01%。该检测系统的测试精度在可见和近红外波段基本保持不变。     

光相位延迟量的归一化偏振调制测量

基于偏振调制原理，利用分束器代替检偏器，并从琼斯矩阵出发引入一归一化参数表征待测延迟量，提出了一种新的测量相位延迟量的方法，测量误差可小于0．8％。     

双折射位相差的拟合表达式及其应用

探讨双折射晶体的ｏ光和ｅ光的位相差的表达式，对文献中常引用的表达式作近似展开，得到一个适用性的拟合表达式及其拟合系数与昌体或液晶双折射率之间的关系，并给出该表达式的简单应用。它可作为设计晶体旋转法测试液晶双折射和预角测试仪的原理。     

结构光测量相位波动误差补偿方法研究

在计算机仿真分析投影仪伽马非线性特性对包裹相位波动误差影响的基础上,提出一种面向相移结构光测量的相位波动误差补偿方法.该方法采用二次多项式最小二乘拟合的方法近似输出条纹光强分布,实现包裹相位波动误差的补偿,减小投影仪非线性导致的系统测量误差.此方法简单,运算量小,不依赖环境光源及投影仪、摄像机具体参数,具有很强的通用性...     

基于可变相位延迟的激光干涉式亚纳米级微位移测量系统

激光光源具有单色性好、亮度高、方向性强和相干性强等优势,所以基于干涉原理对激光光谱进行积分可以应用于微位移测量领域。在重力方法探测过程中,因地质结构不同引起万有引力差异而造成的探测质量块位移十分微小,通常为纳米级,所以研制高精度纳米级微位移测量系统尤为重要。然而传统电容位移测量法在防止电磁干扰等方面存在不足。相比较而言,光学干涉法具备抗电磁干扰、环境适应性强等优点,且精度不亚于电容法。传统干涉系统光路复杂、难于集成,对重力仪的小型化与集成化不利。所以研制一种结构紧凑的光学干涉系统用于实现纳米级微位移测量成为亟需。基于可变相位延迟的激光干涉式方法,能够实现亚纳米级微位移测量,较传统干涉系统具备结构紧凑、易于集成的优势。本微位移测量系统由半导体激光器、起偏器、检偏器、楔形双折射晶体组和光谱仪组成。研究从以下方面展开：首先是确定测量系统方案,提出了偏振光干涉双路结构,以楔形双折射晶体组作为核心器件,将晶体间相对位移转化为o光和e光的差别化相位延迟,并对激光光谱进行积分,进而将位移变化转变为合成光强的变化;其次是建立测量位移物理模型,根据设计的双折射晶体组几何结构、位移过程与光路,确定光强变化与待测位移量之间的关系;第三是系统参数优化,为了使系统的测量误差和量程满足实际需求,利用已建立的物理模型,将测量误差和量程分别与晶体切割角度α、激光器激射波长λ建立函数关系。根据应用需求,确定适当的误差和量程取值范围,进而得到角度α和波长λ取值范围;最后加工晶体、搭建系统并进行测试。具体即以α和λ为调控参量,联合考虑“近似线性化”和“激光器光强波动误差”对系统量程进行优化仿真。同样,联合考虑“激光器光强波动误差”和“激光器波长波动误差”,并利用“系统最大位移量”（与量程有关）对系统测量误差进行优化仿真。最终确定钒酸钇晶体切割角度α为20°,激光器激射波长λ为635 nm。实验中,以10 nm为间隔利用压电陶瓷设置位移量进行位移测试,包括：系统的线性标定、系统量程和测量误差测试。另外,在保持待测位置不变的条件下,利用本位移测量系统进行了2 h不间断测量,并通过阿伦方差确定了系统的位移探测下限。实验结果表明,位移量程范围大于150 nm,位移测量误差约0.5 nm,位移探测下限为0.32 nm@23 s,探测线性度判定系数(R2)为0.999 85。综上所述,以自制楔形双折射晶体组作为核心器件的可变相位延迟激光干涉式微位移测量系统,可作为重力探测中的质量块位移测量单元。与电容法相比具有更强的环境适应性;与传统干涉系统相比具有结构简易、光路紧凑等优点,便于重力仪的小型化与集成化。     

D-u关系的最小绝对值线性拟合法

 采用最小绝对值方法对几类物质的冲击波速度D与波后粒子速度u的关系进行了直线拟合,并将其与常用的最小二乘法拟合的结果进行了比较。结果显示：对于实验数据分散性较小的密实材料（金属、离子晶体、氧化物等）,两种方法拟合的线性系数一致;而对于实验数据分散性较大的一些疏松材料（包括液体等）,两种方法拟合的线性系数有差异。对所有物质,最小绝对值法拟合的平均绝对误差比最小二乘法拟合的要小,因而最小绝对值法较最小二乘法有更高的准确性。同时讨论了导致这两种拟合差异的因素。     

基于形态学处理和最小二乘法的海天线检测算法

海天线的检测和提取是舰船红外图像处理中的一个重要内容,在综合分析比较基于边缘检测、图像分割以及小波变换多尺度分析等多种海天线检测算法优缺点的基础上,提出一种基于形态学处理和最小二乘法的算法,仿真分析表明此算法能适应含有各种干扰的海面背景环境,鲁棒性好,并且提取精度高,能精确定位海天线。