基于解耦差分泽尼克待定系数法的二维横向剪切波面重建算法

横向剪切干涉术是一种自参考干涉计量技术,其原理是被检测波前与其自身被剪开的波前之间在重叠范围内相干涉,由干涉图得到两相互剪切波前的波前差,通过波面重建算法得到待测波面.在波面重建算法中,泽尼克待定系数法是其中的一种.分析了横向剪切干涉技术的测量原理;提出了一种新的基于解耦差分泽尼克待定系数法的二维横向剪切波面重建算法....     

二维横向剪切干涉中采样点的选取

为了使相移式横向剪切干涉法能够广泛应用于大口径非球面的在线检测,通过计算机仿真研究横向剪切干涉测量的非球面面形,实现其二维波面的重建.分别对仿真中获得的被测非球面在x方向和y方向的两个差分波前中剪切量大小和采样点个数的选取进行分析,利用最小二乘法求取波差值,采用Zernike多项式拟合法进行波前重建,在保证高准确度测量情况下,对一被测抛物面面形进行计算机仿真实验,结果表明:最适合的剪切量是其被测口径的十分之一大小,此时只需要对其选取49个离散数据采样点,采用泽尼克多项式拟合就可得到二维波面的形貌.该结论为相移式横向剪切干涉的二维波前重建提供了理论指导,同时,也为大口径非球面在线测量的实际应用提供了技术支撑.     

基于波长移相剪切干涉的准直波前重构技术

为了实现干涉仪出射准直波前的重构,提出了基于波长调谐移相的横向剪切干涉技术。干涉仪出射波前分别经楔板的前后表面反射,通过角锥棱镜返回后在干涉仪CCD上形成剪切干涉条纹。采用波长移相方法提取剪切干涉条纹的相位信息从而实现准直波前重构。分析相对剪切比对波面重构精度的影响,推导相对剪切比和其影响因素间的关系公式,给出波长移相中光程差常数分量的估算方法。测量干涉仪的三组出射波前,波前的峰谷值分别为3.22λ、2.10λ、0.83λ。该方法简化了传统测量干涉仪准直波前的横向剪切干涉装置,提高了测量精度,特别适合于测量波长移相干涉仪的出射波前。     

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。     

基于横向剪切干涉图像的波像差求取技术

基于横向剪切干涉的光学系统像差检测实验,需要从干涉图像中解算出像差值.根据像差函数,完成了带有各类波像差的横向剪切干涉图像的模拟与处理,在此基础上,利用Zernike多项式法求解出波像差,所得结果与初始模拟值进行比较,误差在5%以内.     

含中心遮拦剪切干涉图的波前重建新方法

在利用剪切干涉测量共轴折返式光学系统波像差时,会得到含中心遮拦的环形剪切干涉图。但是,目前的剪切干涉波前重建方法大多适用于圆形或矩形区域。提出了一种适用于含中心遮拦环形剪切干涉图的波前重建方法。该方法是一种基于Zernike环多项式的模式法。仿真和分析了不同剪切比、单项像差、噪声对重建精度的影响,结果表明:该算法具有较高的重建精度,剪切比小于6%时,相对重建误差小于10%;对像散的重建精度较高,对球差和慧差的重建精度相对较低;具有较好的抗噪性。该方法已应用于实验室开发的交叉光栅横向剪切干涉仪的干涉图像波前重建中。     

波前延拓剪切干涉的数学原理与数值模拟

从数值方法的角度分析了常规剪切干涉存在的缺陷,通过数学原理和数值分析方法提出波前延拓剪切干涉,并证明了它的可行性及其对常规剪切干涉缺陷的克服。最后用数值方法模拟了波前恢复过程。     

分波前干涉法中空间互相关函数的传输

 在光学干涉技术中,被检信息主要包含在干涉波面的互相关函数中,并最终体现为干涉场强度分布的调制。由Fresnel衍射理论出发,运用Collins公式,分析了分波前干涉法中空间互相关函数的传递性质。得到了用光线矩阵元表示的空间互相关函数传输公式,并以此对迈克耳逊干涉仪和横向剪切干涉仪中的干涉图强度分布进行了分析。     

基于四波前剪切干涉的显微定量相位成像实验研究

提出一种基于四波前剪切干涉的显微定量相位成像方法,使用棋盘型位相光栅获得生物样品的干涉图,采用快速傅里叶法解得相位信息.实验测量可变形镜产生的随机波前,与ZYGO干涉仪的对照结果表明相位测量误差不超过3%,验证了四波前剪切干涉仪的相位探测精度.建立了一套基于四波前剪切干涉技术的显微定量相位成像系统,以小鼠肝癌活体细胞为样品,获得了清晰的强度图像和相位图像.实验结果表明基于四波前剪切干涉技术的系统可以实现高精度的定量相位成像,适用于生物活体细胞的相位显微成像研究.     

差分偏振干涉成像光谱仪Ⅱ.光学设计与分析

基于Wollaston棱镜角剪切和Savart偏光镜横向剪切组合的静态差分偏振干涉成像光谱仪可同时获取二维目标的正交偏振组分的高光谱图像信息.依据干涉光谱学原理和实际探测器提出了该仪器的光学技术指标,并论证各关键偏光元件的光学设计方案.主要是利用波法线追迹法论证Savart偏光镜、Wollaston棱镜和Glan-Taylor棱镜等元件的参数选择依据.着重分析双折射元件色散特性对入射角、厚度及结构角的影响,并提出解决方案.为差分偏振干涉成像光谱仪的工程化提供理论指导.     

剪切干涉仪与Hartmann的波前复原比较

 对横向剪切干涉仪和Hartmann波前传感器的波前探测和复原进行了类比推导和仿真计算。结果表明,在相同输入波前,相同探测面元,相同拟合函数及阶数的情况下,横向剪切干涉仪的波前复原能力比Hartmann波前传感器强。主要原因是前者对波前的间接采样所包含的波前信息大于后者,并且前者比较容易增大对波前的采样。     

剪切干涉仪与哈特曼波前传感器的波前复原比较

对横向剪切干涉仪和哈特曼波前传感器的波前探测和复原进行了类比推导和仿真计算。结果表明,在相同输入波前、相同探测面元、相同拟合函数及阶数的情况下,横向剪切干涉仪的波前复原能力比哈特曼波前传感器强。主要原因是前者对波前的间接采样所包含的波前信息大于后者,并且前者比较容易增大对波前的采样。     

横向剪切干涉法共路测量LCSLM的相位调制特性

提出一种测量扭曲向列液晶空间光调制器的相位调制特性的新方法——横向剪切干涉法.对经扭曲向列液晶空间光调制器调制后的待测波面进行横向剪切干涉,用CCD记录其干涉图样,并用最小能量算法计算其波面的相位分布,从而测得扭曲向列液晶空间光调制器的相位调制曲线.该方法对振动、空气扰动不敏感,对测量环境要求不高.给出了TN-LCSLM不同调制状态下相位调制幅度的三维轮廓图.     

孔径分布对横向剪切干涉仪波前复原的影响

通过引入波面的二阶导数对传统的最小二乘法(LSM)进行了改进;利用改进后的LSM分别分析了单个方向和相互正交两个方向的横向剪切数据,并将改进后的LSM与网格点法和积分法复原波前的空间特性进行了比较;利用相互正交两个方向的横向剪切数据分别分析了环形孔径和复杂孔径横向剪切干涉仪(LSI)波前复原的频率响应和空间分布特性,并...     

基于偏振移相的环路径向剪切干涉

只需要一幅干涉图就能得到被检波面信息的径向剪切干涉,适于动态波前的测量。将便于干涉图像处理的同步移相技术引入径向剪切干涉中,基于环路径向剪切干涉,利用一个正交的二维光栅分光,采用偏振移相法,能同时得到相移间隔π/2的四幅移相干涉图。运用传统的四步移相算法,结合波面迭代算法复原波面。通过理论公式的推导、计算机的模拟分析,以及初步的实验测试,验证了偏振移相应用于径向剪切干涉的可行性,模拟结果显示均方根精度优于λ/100。具有抗振特点的光栅分光偏振移相的同步移相方案,不仅能够克服剪切干涉的单幅干涉图处理复杂的缺点,更有利于提高剪切干涉的抗干扰能力。     

剪切干涉测量电缆枪等离子体电子密度

用剪切干涉仪测量了电缆枪产生的等离子体电子密度分布.在实验中获得了激光波前通过等离子体后的干涉图样,测出等离子体沿轴向的平均运动速度约为2 cm/μs.对干涉图进行了二维波前重建,计算了电子线积分密度,给出了直观的等离子体分布图像,并计算了自由电子总数.根据等离子体的圆柱对称关系,利用Abel积分变换算出了局部电子密度沿径向的分布曲线.     

透镜初级球差的横向剪切干涉条纹研究

利用玻璃平行平板构成简单的横向剪切干涉仪可以观察到单薄透镜形成的准直光束的剪切干涉条纹,由干涉条纹分布求出对应的几何像差和离焦量.用焦距为190 mm的单薄透镜做实验,实验结果与计算机模拟结果符合,说明可以从剪切干涉条纹的分布求出透镜的轴向调整误差和初级球差.     

基于二维朗奇相位光栅的四波横向剪切干涉定量相位成像

定量相位成像具有无标记、非入侵及三维观测的特点,在生物医学、工业检测等领域有着显著的优势。本文提出利用二维朗奇相位光栅实现基于四波横向剪切干涉的定量相位成像的方法。理论分析了光栅周期和照明波长对四波剪切干涉的影响,得到了光栅周期与探测器像素尺寸的最佳匹配关系,论证了宽光谱光源照明下定量相位成像的可行性。实验搭建了结构紧凑的四波剪切干涉定量相位显微成像装置,实现了对PMMA微球、微透镜阵列和葡根霉菌切片的定量相位成像和测量。该装置可方便地与普通光学显微镜相结合,具有巨大的应用潜力。     

四波前横向剪切干涉仪的关键技术研究

四波前横向剪切干涉（QWLSI）是一种精度高、动态范围大、分辨率高、抗干扰能力强的瞬态波前检测技术。本文结合国内外相关研究工作，重点阐述了本课题组在分束器件设计、多方向横向剪切干涉图处理、测量误差校准等QWLSI的关键技术研究方面取得的进展。以关键技术研究为基础，本课题组开发了QWLSI的原理装置，其绝对测量精度（RMS）达到0.0038λ（2.4 nm，λ=635 nm），重复测量精度（RMS）达到0.0004λ（0.25 nm，λ=635 nm）。QWLSI与商品化的夏克-哈特曼波前传感器的对比实验结果表明，两种仪器对含有第4～36项单项Zernike像差入射波前的测量结果基本一致。     

横向旋转剪切干涉的某些讨论及其与横向平行剪切干涉的关系

本文讨论了横向旋转剪切干涉中各参量的数理关系并指出可能的重要应用。本文还建立了横向旋转剪切干涉与横向平行剪切干涉的基本关系,证明用简易单一平板剪切干涉仪可取代会聚光束中的棱镜剪切干涉仪。