用短相干光源测量平行平板玻璃的光学均匀性

为了解决传统干涉绝对测量法不能测量前后表面平行度很好的光学玻璃和晶体均匀性问题,提出了在以短相干光为光源的泰曼-格林干涉仪上,通过调整参考光路的光程,使被测样品的前后表面分别处在零光程差位置,这样从样品两面反射回来的光就不会同时满足和参考光相干涉的条件,从而解决了前后面的反射光干涉混叠问题.用虚光栅移相莫尔条纹法处理采集到的干涉图,得到位相数据,代入绝对测量法的计算公式,得出待测样品的折射率分布.对厚度为13 mm、口径为75 mm的光学平板玻璃进行测量.结果表明,光学均匀性检测准确度可达到2.6×10－6,被测样品折射率偏差的峰谷值为Δnpv=6.06×10－6,均方根值为Δnrms=8.96×10－7.     

基于波长移相调谐的多表面干涉研究

为了解决不同厚度下平行平晶的多表面干涉效应对光学元件面形检测的影响,提出了基于波长移相调谐原理的多表面干涉面形检测方法。根据波长移相调谐原理,推算出不同厚度下被测元件与测试腔长的比例关系,通过对多表面干涉图进行离散傅里叶变换,进而提取出平行平晶前后表面面形的相位信息。实验结果表明:与ZYGO公司GPI干涉仪测量结果对比,厚度分别为10mm和40mm的两块平行平晶,测试结果偏差很小,验证了算法的有效性。     

基于二维傅里叶变换的单帧干涉图相位提取方法

针对大口径光学元件干涉测试过程中,测试装置和干涉腔长较大,气流扰动和环境振动对移相测试过程产生影响等问题,采用一种基于二维傅里叶变换的单帧干涉图处理方法,只需要对一幅空间载频干涉条纹图进行处理即可获得待测相位,具有抗振测试的优点。对该方法的基本原理和算法过程进行分析,并对近红外大口径移相平面干涉仪中600 mm口径的光学平晶进行了面形测试。实验结果表明:采用该方法所得波面峰谷值(PV)为0.112,波面均方根值(RMS)为0.014,与移相算法所得波面数据相比,波面峰谷值偏差不到(1/500);波面均方根值(RMS) 偏差几乎为零。     

变倾角移相法测量反射棱镜的光学平行差

为解决棱镜等效展开为玻璃平板后因腔长固定导致的移相困难问题,提出一种变倾角移相测量反射棱镜光学平行差的方法。通过改变光束在反射棱镜入射端面上的倾角在干涉图中引入移相量,实现干涉图中的相位提取。采用最小二乘法拟合相位计算反射棱镜的光学平行差。在实验中,测试了一块弦长为56.5mm的等腰直角棱镜,得到直角偏差Δ_(90°)为-2.1435″、锐角偏差δ_(45°)为-4.6216″、直角边对应棱差γ_C为0.3554″,而Zygo GPI干涉仪仅可得到棱镜直角偏差,与本文方法的测量值偏差在0.15″以内。所提方法移相光路设计简便,并可实现小尺寸反射棱镜的测量。     

KDP晶体折射率非均匀性检测系统

基于正交偏振干涉法,建立了KDP晶体折射率非均匀性的检测系统,并可实现晶体相位失谐角的间接检测.波前检测系统实现了测试光偏振态的精密控制与切换,采用波长调谐相移的方法去除了测试过程中参考面倾斜引入的误差,优化了抗振动相移算法,提高了波前测试的测量准确度及重复性.通过折射率非均匀性分析算法的设计,解决了晶体厚度变化引入的误差等.小口径晶体元件的测试结果表明系统的折射率非均匀性检测准确度(均方根值)优于10~(-6).     

大块光学玻璃的高精度测量——JQ-200型激光全息干涉仪介绍

本文着重介绍为提高激光全息干涉仪的检测精度而在仪器结构和测量方法上采取的措施。JQ-200型激光全息干涉仪采用低压充气的气垫作减震器,全机总重仅100多公斤,体积仅1米~3,并具有优良的防震性能和良好的稳定性与重复性。对均匀性好的玻璃的合干涉图利用m_t对m_r的周期调制来判读两组条纹的交叠级序,提高了测量精度。并提出了交错合干涉图的测量方法,用读数显微镜更客观更精确地判读两种条纹的交叠级序,从而使对Δn的检测精度达到5×10~7。     

光学材料光学不均匀性绝对测量误差分析

绝对测量技术去除了干涉仪参考面面形误差,可实现光学材料光学不均匀性的高精度测量。对现有主要光学材料光学不均匀性绝对检测技术进行了总结比较,针对像素错位、干涉图分辨率、干涉仪测量重复性、样品厚度以及折射率测量等因素对光学不均匀性绝对检测的影响进行了实验分析。实验结果表明:干涉仪重复性是光学不均匀性测量的主要误差。样品翻转测量法、样品直接透射测量法、平行平板样品测量法3种测量方法均可实现光学不均匀性（RMS）10-8检测精度。     

空域移相偏振点衍射波前检测技术

点衍射干涉仪结构简单、共光路、测量精度高, 空域移相干涉仪抗振性能优越, 两者在波前检测领域获得了广泛的应用. 本文采用激光打孔技术, 通过在金属纳米线栅偏振片上制备小孔, 制作了偏振点衍射板; 结合分光结构的空域移相技术, 搭建了空域移相偏振点衍射干涉仪, 并对一焦距为550 mm, F_#10的平行光管准直物镜透射波前进行测量, 与法国Phasics公司生产的商业化波前传感器SID4的测量结果相比较, 两者峰谷值相差0.09λ, 均方根值相差0.012λ ; 利用35项Zernike多项式拟合两者的测量结果, 将拟合得到的系数在同一坐标轴下绘制成两条曲线, 两者基本重合, 从而验证了所搭建的空域移相偏振点衍射波前检测装置的测试精度. 从而在传统点衍射干涉仪的基础上引入了空域移相技术, 实现了波前的高分辨率、高精度、实时检测, 并且提高了对振动、气流等环境因素的抗干扰能力.     

基于F-P干涉仪溶液浓度微变量实时监测系统的研究

设计了一款基于Fabry-Perot(F-P)干涉仪监测溶液浓度微小变化量的传感装置.利用光纤传输激光并用分体CCD采集图像,实现对溶液浓度的高精度微变化量的实时监控和测量.从理论上分析了F-P干涉仪干涉条纹的改变数目Δk与溶液浓度微变化量Δc(Δk)之间的关系,采用平面F-P干涉仪实现高精度测量溶液浓度微变化量的原理和可行性.在实验上构建了由He-Ne激光器、石英光纤、平面F-P干涉容器腔、面阵分体CCD、计算机等组成的实验监控与测量装置,对三组不同浓度的甘油溶液进行测量,通过观察干涉条纹的改变数目测定溶液浓度的改变量,用实验结果标定溶液浓度微变化量Δc(Δk)与干涉条纹改变数目Δk之间的数学解析式.实验结果表明:采用该系统可以监测到10-4量级的溶液浓度的变化值.     

大口径激光钕玻璃均匀性拼接检测技术

提出了基于600mm口径干涉仪的一维子孔径拼接测量方法,通过像素错位误差模拟分析结果,设计并研制了一维大行程气浮型精密扫描拼接平台,实现了对角线接近1m的大口径激光玻璃的全口径光学均匀性拼接检测,并对该技术的拼接测量精度和重复性进行了验证。结果表明:拼接结果平滑,均匀性拼接测量与直接测量结果的相对误差优于2×10-7,全口径均匀性的重复性优于4×10-8,单口径均匀性测量结果与拼接后相同区域的均匀性结果最大差异为2×10-7。     

KDP晶体折射率非均匀性检测系统

基于正交偏振干涉法,建立了KDP晶体折射率非均匀性的检测系统,并可实现晶体相位失谐角的间接检测.波前检测系统实现了测试光偏振态的精密控制与切换,采用波长调谐相移的方法去除了测试过程中参考面倾斜引入的误差,优化了抗振动相移算法,提高了波前测试的测量准确度及重复性.通过折射率非均匀性分析算法的设计,解决了晶体厚度变化引入的误差等.小口径晶体元件的测试结果表明系统的折射率非均匀性检测准确度(均方根值)优于10-6.     

红外光学材料折射率均匀性的测量不确定度评定

基于多样品多型号仪器的测试信息及其GUM和MCM方法,讨论了四步干涉法测量红外光学材料折射率均匀性的测量范围及其测量不确定度评定。红外干涉测量的绝对灵敏度和准确度虽不及可见激光干涉仪,但采用了四步干涉测量的方法,消除了干涉仪的固有系统误差,有利于实现对红外光学材料折射率均匀性的高准确度测量。实际测试表明,该测量范围覆盖110-5～510-3,测量相对标准不确定度为210-1～210-2。     

激光反射镜薄膜散射的测量

本文介绍在可见光区内对激光反射镜进行光谱散射测量的方法和测量的一些结果.对测量误差进行了分析,并采取了一些相应措施,估计测量的相对误差约为±15%,即对1×10~(-3)量级的散射率,测量的绝对偏差约为±1.5×10~(-4).测量结果与理论计算和实际情形基本吻合.结果表明,目前21层λ/4 TiO_2-SiO_2硬膜激光反射镜的散射率一般在5×10~(-4)～2×10~(-3)范围,起伏较大,反射率的高低主要受散射损耗限制.     

基于圆载频干涉图相位解调技术的点衍射干涉术

为测量光学系统出射波前以及动态波前,提出一种基于圆载频干涉图相位解调技术的点衍射干涉术。在传统点衍射干涉仪中调整点衍射板轴向离焦量引入圆载频,通过二阶极坐标变换可以将圆载频干涉图转换为具有准线性载频特征的干涉图,从而在频域中将连续频谱转换为准离散谱,采用傅里叶变换法即可提取相位。仿真波面为利用36项Zernike多项式随机生成,在离焦17λ条件下相位恢复误差的均方根值为0.002λ。实验测量了F/10标准镜头岀射波面,测量结果与SID-4波前探测器一致;实验还实现了有机玻璃材料吸收特性的动态检测。因此采用该技术能够实现光学系统的检测以及动态波面实时测量。     

照明物镜像差对远场衍射波前质量影响的严格矢量分析

点衍射干涉仪(PDI)中衍射参考球面波的质量受照明物镜像差和小孔的质量、状态的影响。基于矢量衍射理论,分析计算了可见光经过带像差的照明物镜聚焦后经过有限厚度具有实际电导率小孔板的衍射。分析了照明物镜像差对远场衍射波前质量的影响,确定了PDI检测极紫外光刻(EUVL)元件和系统时的最佳直径大小。分析计算得出,当用PDI检测数值孔经(NA)为0.3的系统时,采用直径大小为800nm的小孔较为适宜,其衍射波前均方根(RMS)偏差为6.51×10-5λ,强度均匀性为0.812。当用PDI检测NA为0.3的元件时,采用直径大小为500nm的小孔较为适宜,其衍射波前的RMS非对称偏差为8.40×10-5λ,强度均匀性为0.664。     

一种一步π移相相位快速提取算法

提出可实现动态测量的一步π移相相位提取算法。该算法是将具有π移相的两幅干涉图进行重新排列组合,构造出一幅含有时域-空域信息的时空条纹图,通过提取时空条纹图中的信号谱来快速求解相位。在时空条纹图的频谱中,时间频率的引入使得信号频谱能够与背景干扰频谱有效分离,因此在不需要高载频的情况下依然能够对信号谱进行有效提取。将其应用在移相干涉测量中,与传统移相法进行对比发现,此算法不仅能够有效地消除移相误差,而且能够有效地消除高频噪声。另外,分析了此法在不同频率以及不同移相误差值下对测量精度的影响,在归一化空间频率大于0.03、移相误差值在±30°范围内,其面形恢复偏差均方根值能够控制在1.358×10-3λ以内。     

可移动三维主动减振系统及其在原子干涉重力仪上的应用

振动极大地影响着许多精密仪器的灵敏度和稳定性,对于冷原子干涉重力仪尤其如此.针对可移动的原子干涉仪建立了一套易于搬运的三维主动减振系统用来有效隔除地面的振动,从而提高可移动原子干涉仪的测量灵敏度,并能做到迅速部署迅速恢复工作.通过实施我们设计的综合反馈算法,本装置在三个维度的宽频带范围上实现了非常好的振动压制效果.本系统取得了对地面竖直方向振动3个数量级,对地面水平方向振动1个数量级的振动隔除效果.在原子干涉仪敏感的10 Hz以下频段,竖直方向的振动噪声被压制到了4.8×10~(–9)m/s~2/Hz~(1/2),水平方向的振动噪声被压制到了2.3×10~(–7) m/s~2/Hz~(1/2).振动噪声对干涉仪灵敏度的影响降至2μGal/Hz~(1/2)以下,比未放置减振系统的结果降低了2个数量级.     

石英玻璃光学均匀性测量范围扩展技术的研究

论述了用激光干涉仪测量石英玻璃光学均匀性时测量范围扩展的问题。通过理论研究和实际测量,完成了用180mm孔径干涉仪测量300mm孔径石英玻璃光学均匀性这一目标,为实现用300mm孔径干涉仪测量直径500mm石英玻璃的光学均匀性测量问题奠定了理论与实践的基础。实验通过建立光学均匀性测量范围扩展的数学模型,采用最小二乘法误差消除方法,每步波面分别计算,最后四步合成。创新性地设计了移动测量载物调整装置,实现了高精度多维调整。采用8个子孔径就3块圆形玻璃进行了测试,就拼接测量结果与直接全口径测量结果进行了对标,其拼接波面的均匀性绝对误差平均值分别为0.13×10-5、0.14×10-5、0.03×10-6。     

用Judd-Ofelt理论计算YAG:Er~(3 )晶体中Er~(3 )的光谱参数

本工作根据Jndd-Ofelt理论,利用28个吸收光谱支项,19组方程计算了实验与理论振子强度,均方根偏差仅为1.9×10~(-7).用最小二乘法拟合实验与理论振子强度所得到的三个Ω_λ唯像强度参数为:Ω_2-0.19×10~(20)cm~2;Ω_4=1.68×10~(-20)cm~2;Ω_6=0.62×10~(-2)cm~2.然后,计算了自发辐射电偶和磁偶跃迁几率,辐射寿命,荧光分支比与各激发态的辐射电偶和磁偶振子强度.并示出了0.3～0.2μm波段内的荧光光谱.     

基于马赫-曾德尔干涉仪的激光探测大气多普勒频移

以马赫-曾德尔干涉仪作为谱分析器,进行了多普勒频移和气溶胶的非相干探测模拟实验。在发射机脉冲能量为500 mJ,重复频率为10 Hz,光谱线宽不超过0.005 cm~(-1),光束发散角小于0.10 mrad,接收望远镜镜头直径为350 mm,以雪崩二极管为探测器,数字采样率为2×10~7 sampling/s,采样数据位数为16 bit(有效位数为11 bit)的条件下,获得了45°斜程探测距离为2500 m的风廓线,视线风速探测精度为2 m·s~(-1)。模拟结果显示,以马赫-曾德尔干涉仪作为谱分析器的激光雷达可用于火星风沙直接探测。相对于354.7 nm激光脉冲,1064 nm激光脉冲(可以与激光诱导击穿光谱仪兼容)回波的干涉对比度高,Mie后向散射强度高于Rayleigh后向散射强度。