基于奇偶函数法的绝对检测实验研究

针对平面干涉检测技术的检测精度受限于参考面面形精度的问题,提出使用基于奇偶函数的高精度绝对检测方法消除干涉系统中参考面面形误差的影响。对旋转角度误差与旋转偏心误差对绝对检测方法测量精度的影响进行了仿真分析。利用商用菲索干涉仪,设计和分析了绝对检测精度实验及重复性实验。仿真结果显示:旋转角度误差在达到0.13°时,测量误差PV值为0.000 1λ;旋转偏心误差达到3 pixel时,测量误差PV值为0.005λ。实验结果显示:测得实际样品的绝对检测精度PV₁₀值为0.041 5 λ,RMS值为0.008 7 λ,小于常规干涉检测所得结果;对同一平面两次独立的绝对检测结果进行点对点作差处理,从而获得残差图,其残差图PV₁₀值为0.004 λRMS值为0.000 5 λ。实验结果表明了该方法的高重复性和有效性。     

用Lattice Boltzmann方法模拟1/4圆腔内的定常层流运动

分析格子Boltzmann方法中二阶精度的曲线边界处理方法.应用格子Boltzmann方法及其边界处理方法模拟1/4圆腔内的定常层流运动,引入流线图和等涡线图分析流场随Re数的变化.并且发现当Re数在10~100区间内变化时,随着Re数的增大,顺时针旋转流场的涡心位置偏离x轴的角度逐渐减小,而逆时针旋转流场的涡心位置偏离x轴的角度却越来越大.     

长程轮廓仪用于筒状超光滑表面测量的误差分析及校正

为了提高使用长程轮廓仪对筒状超光滑非球面进行面型测量的精度,研究并总结了测量过程中常见的误差源及校正方法.针对测量过程中对结果影响较大的转台转轴与待测筒状镜光轴之间的倾斜和偏心误差做了详细的分析,提出利用数据处理校正这部分误差的方法.编写了相应的数据处理程序,通过数值模拟实验对该程序进行了验证.实验结果表明,该程序能够...     

基于旋转波片的斯托克斯参量检测与精度分析

用于偏振光学遥感器定标的参考光源,其偏振态的检测精度会直接影响偏振光学遥感器的定标精度,进而影响目标特性的反演水平。选用870 nm波段的水平线偏振光作为被测试的定标参考光源,通过旋转1/4波片(quarter-wave plate, QWP)对其光强进行调制。调制光强可表达为波片快轴旋转角度的傅里叶级数,采用傅里叶变换法反演出级数的系数,根据该系数即可计算出被测试光源的Stokes参量。给出10次测量各参量及偏振度的平均值、标准偏差、合成不确定度以及测量平均值与理论值的相对偏差。为提高测试精度,通过对波片快轴初始定位角度偏差Δα、延迟量偏差Δδ与检偏器透光轴角度偏差Δβ进行分析,提出了偏差修正模型。该模型通过Stokes参量检测偏差随Δδ和Δβ的变化趋势及实际偏差值,确定Δδ和Δβ的大小。结合模拟出的波片快轴初始定位角度偏差Δα,对实验装置加以调整,再次对光源的偏振态进行检测。结果表明,基于该修正模型测得光源的各Stokes参量与理论值最大偏差从未经修正的3.77%降低至1.41%。证实了基于本实验的原理、装置、测量方法及所提出的偏差修正模型可有效提高定标参考光源偏振态检测的精度。     

传动系统同轴度测量方法的改进

针对现有轴-轴同轴度测量方法的缺陷,通过建立一套数学模型,得出了测量设备安装偏差量、设备测量值和传动轴旋转角度之间的关系方程,从而实现了只需在小角度范围内旋转,即可得出不含安装误差的轴-轴同轴度偏差量.另外,针对测量设备的特点提出了测量孔-孔同轴度的方法,从而实现了一套设备可以同时测量轴-轴、孔-孔同轴度.     

基于单次旋转的旋转非对称面形误差绝对检测技术研究

绝对检测技术是剔除干涉仪系统误差进而提高面形检测精度的有效手段。基于单次旋转的绝对检测技术由被测球面绕光轴旋转前后的检测数据,采用基于最小二乘法的Zernike多项式拟合,剔除系统误差,获得被测面的旋转非对称面形误差。详细推导了理论计算公式,分析了单次旋转角度对算法检测精度的影响,并和多次旋转法作了对比,其残差均方根(RMS)值约为1.5nm。该方法只需一次旋转两次检测,在保证检测精度的同时简化了检测过程。     

基于平行面多靶标标定的单目大视场平面测量

针对单目大视场平面测量时,测量平面内不便布置靶标和大尺寸靶标难以制作的问题,提出一种利用布设在平行面上的小尺寸平面靶标进行标定的方法。选定一个平行面为标定平面,将单个小尺寸平面靶标合理放置在标定平面的多个位置拍摄,整合构造出一个大尺寸平面靶标,采用非线性优化的方法进行摄像机内、外参的优化求解。结合平行约束和距离参数得到测量平面与图像平面的单应矩阵,实现大视场平面测量。建立平面测量的精度模型,对测量区域各处精度的分布以及影响测量精度的摄像机内参、安装角度和高度等因素进行理论分析和实验验证。实验结果表明:该方法可有效保证整体测量精度;在上底920mm、下底1360mm、高920mm的梯形视场内标定,距标定平面200mm的测量平面内的测量误差低于0.6%;测量区域内各处误差的分布趋势与精度模型一致。此方法完全适用于大视场平面测量。     

高精度大口径平面镜瑞奇-康芒定量检测的精度影响因素分析

针对前人的数学模型,对瑞奇角、旋转角和系统波像差这几个主要精度影响因素进行了仿真分析。结果表明:当瑞奇角的测量误差控制在0.5°以内时,对测量结果影响很小;由于平面镜的面形误差是连续和旋转对称的,所以旋转角测量误差对测量结果影响很小;当系统波像差系数的测量误差|ΔWn,m|≥0.05λ时会影响拟合精度。此仿真结果为提高大口径平面镜检测精度提供了理论依据。     

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′。     

超光滑加工技术中光学元件表面材料的均匀去除

超光滑加工通常是在保证光学元件面型精度不劣化前提下提升其中高频精度.均匀去除是保证超光滑加工过程中光学元件面型精度不劣化的重要途径.本文以四轴三联动小磨头超光滑加工机床为基础,结合Preston假设,研究了四轴三联动超光滑加工机床对光学元件的材料去除特性,发现当机床取某些特定的参量时,通过等值的驻留时间规划即可实现光学元件表面材料的均匀去除.最后,对这些特定的参量进行了对比实验.实验结果验证了理论分析的正确性.     

Measurement of steep edges and undercuts in confocal microscopy

Confocal microscopy is widely used to measure the surface topography of specimen with a precision in the micrometer range. The measurement uncertainty and quality of the acquired data of confocal microscopy depends on various effects, such as optical aberrations, vibrations of the measurement setup and variations in the surface reflectivity. In this article, the influence of steep edges and undercuts on measurement results is examined. Steep edges on the specimen's surface lead to a reduced detector signal which influences the measurement accuracy and undercuts cause surface regions, which cannot be captured in a measurement. The article describes a method to overcome the negative effects of steep edges and undercuts by capturing several measurements of the surface with different angles between the surface and the optical axis of the objective. An algorithm is introduced which stitches different angle measurements together without knowledge of the exact position and orientation of the rotation axis. Thus, the measurement uncertainty due to steep edges and undercuts can be avoided without expensive high-precision rotation stages and time consuming adjustment of the measurement setup.     

光电校靶中捷联惯导轴线的表征校准方法

光电校靶采用捷联惯导系统,需将惯导轴线用光电自准直系统表征捷联,用于对设备轴线的测量。光电自准直系统所表征的轴线与惯导轴线的一致性是影响校靶精度的重要因素,为提高光电校靶系统测量精度和效率,提出了一种惯导轴线的光电表征和校准方法。该方法是在分析测量结果偏差与一致性关系的基础上,采用实验数据拟合的方式得到自准直系统光轴与惯导轴之间的角度偏差值,用于系统修正,从而实现高精度校准。通过试验,将传统光机校正法和光电校准法结合使用,可大幅度提高系统校正效率,同时得到惯导与光轴一致性精度在15″以内。试验结果表明,与传统光学平晶引出的光机校正法相比,该方法的表征准确度和校准精度更高,适用于高精度惯性测量系统。     

高精度光学对准测量装置的设计

设计了一套光学对准测量装置,该装置主要由面阵CCD相机、光学镜头、图像处理模块、LED红光光源、球面反光镜组成。介绍了测量原理,测量目标采用等腰三角形排列,通过面阵CCD对目标所反射的图像进行采集,由图像处理模块对该图像进行实时处理,能够同时得到X、Y、Z以及旋转角度等四维坐标数据。推导了光斑图像坐标和被测平面距离等计算公式,并进行了对准精度分析。结果表明,该装置位置误差〈1mm,角度误差为0．24°,实现了高精度、自动、快速对准测量。     

基于液面旋转平移法的绝对检验技术研究

绝对检验作为一种光学元件高精度检测方法,其中的两平晶绝对检验无法精确测量平移过程中的倾斜误差,导致恢复的面形中二次项出现偏差.液面在位置变化前后能够保持水平,在旋转平移过程中不会产生倾斜误差.推导了平移过程中倾斜误差和恢复面形中离焦项的关系,并通过仿真分析加以验证,当不存在倾斜误差时,残差面PV值小于1nm.在300m...     

An instrument for measuring low optical rotation angle

This paper develops a linear heterodyne interferometer based on phase-locked extraction for measuring low optical rotation angle. The validity of the proposed design is demonstrated by measuring a half-wave plate. The average relative error in the measured rotation angle of the half-wave plate is determined as just 0.74%. When applied to the measurement of glucose solutions with concentrations ranging from 0 to 1.2 g/dl, the average relative error in the measured rotation angle of glucose solutions is determined to be 1.46%. The correlation coefficient between the measured rotation angle and the glucose concentration is determined to be 0.999991, while the standard deviation is just 0.00051°. The current system is capable of measuring glucose concentration as low as 0.01 g/dl with an error of 6.67% in the rotation angle measurement. Overall, the experimental results demonstrate the ability of the proposed system to obtain highly accurate measurement of the optical rotation angle.     

高精密标准镜头定心装调技术研究

针对高精密计量用标准镜头对中心偏差的严格要求,提出一种车削加工与计算机辅助装调相结合的高精度定心装调技术。通过车削定心对各镜组光轴的倾斜误差进行初步控制,然后结合高精度中心偏差测量仪对平移偏差进行逐片调校。利用计算机模拟光轴空间状态的方法,精确定量修磨平行隔圈成一定楔角,进一步控制各镜组间的倾斜误差。结果表明:运用该技术定心后,标准镜头各镜组间的倾斜偏差5,平移误差3 m,定心精度满足设计指标。     

空间旋转多光轴平行性校准技术

空间旋转多光轴系统光轴平行性影响系统指向精度且校准难度高、耗时。基于空间旋转多光轴系统光轴校准原理,获得了校准理论模型;结合实验研究,建立了高精度光轴校准方案;以机械回转轴为基准,粗调准和精调准结合,以调整传感器安装面为粗调,借助双光楔实现光学量级的精校准;先校正可见光光轴与机械回转轴的平行性,再保证激光光轴与机械回转轴的平行性,最终保证可见光光轴与激光光轴的平行性。试验结果表明,该校准方案精度高,指标优于0.1 mrad,可用于实际工程装调。     

A new electro-optic modulated circular heterodyne interferometer for measuring the rotation angle in a chiral medium

A new optical polarimeter capable of measuring the rotation angle in a chiral medium is developed successfully, and is an extension of previously developed simultaneous or sequential measurement system of the principal axis and retardance in linearly birefringent materials. The polarimeter for measuring the rotation angle is based on an electro-optic modulated circular heterodyne interferometer and using phase-lock technique to measure the rotation angle directly and precisely. The validity of the proposed design is demonstrated by the measurement of rotation angle in a half-wave plate and the glucose sample. The average relative error in rotation angle level of 0.00284° has been obtained for a half-wave plate. A correlation coefficient value of 0.9999975 is determined; it indicates a highly linear relationship between the reference values and the measured rotation angles. Moreover, a standard deviation in rotation angle level of 0.005275° has been obtained for glucose solutions with concentrations ranging from 0 to 1.2 g/dl in 0.2 g/dl increments, with a correlation coefficient value of 0.99915 between the reference and the measured values. This setup is compact in configuration, and is easy in calibration. The linearity and resolution characteristics of this system are comparable to those previous studies adopting phase-sensitive techniques.     

光学玻璃应力双折射叠加

为解决在光学玻璃应力双折射测量中遇到的双折射叠加问题,利用光学等效原理,使用一个线性双折射模型和一个旋转器来代替叠加模型。对叠加的情况做了分析和计算,得到了叠加后的特征延迟、主应力方向和旋转角随两个应力模型主应力方向夹角变化的曲线。理论分析表明,应力双折射叠加不是应力双折射的简单相加,而是与叠加模型各自的应力双折射值和主应力方向的夹角有关。实验结果与理论计算相吻合。应力双折射叠加对实际光学玻璃测试造成不良影响,使测量精度降低,特别是有透光支撑机构或折射液容器的情况下,应力双折射叠加的影响不可忽略。     

长焦红外光学系统焦距的高精度测量技术

为提高长焦红外光学系统焦距测量的准确性,提出一种将干涉测量、光电自准和激光跟踪技术相结合的焦距测量方法。基于光学系统波前干涉测量光路,利用波前的power值对球面反射镜位置非常敏感的特性,结合激光跟踪仪的空间几何量精密测量和光电自准直仪的精密测角功能,实现长焦红外光学系统焦距的高精度测量。实验中对一理论焦距为1 520 mm的航空长焦红外光学系统进行测试,并结合测试设备的测量精度进行误差分析,5次测量的标准偏差为0.930 mm,测量误差小于0.2%,满足测试技术要求。结果表明这种方法用于长焦红外光学系统焦距的测量是合理可行的。