物体表面形貌的正弦相位调制实时干涉测量技术研究

表面形貌干涉测量技术是一种高精度的非接触式测量技术,在工业生产和科学研究中具有广泛的应用。提出一种实时测量表面形貌的正弦相位调制干涉测量新技术。该技术用激光二极管作光源,用自制的高速图像传感器探测干涉信号,通过信号处理电路实时解相得到被测表面所对应的相位分布,实时分析相位获得物体表面形貌。该技术消除了光强和部分外界干扰的影响,提高了系统的测量精度。楔形光学平板表面形貌的测量结果表明,测量点为60×60个的情况下,测量时间小于8.2 ms,重复测量精度(RMS)为4.3 nm。     

一种制作投影灰度正弦光栅的新方法

针对传统方法难以制作结构光三维投影测量设备的灰度正弦光栅元件,并以Ronchi光栅代替从而影响测量准确度,提出了一种制作灰度按正弦分布的光栅模板的新方法.通过对银盐全息干板透过率特性曲线的理论分析,指出在对比度为一的正弦干涉条纹下曝光不能得到线性记录和变换的原因,并提出了采用均匀非相干光预曝光提供偏置点来实现线性记录的新方法.实验表明,采用空间滤波法能够获得对称双光束正弦干涉条纹记录,并准确控制正弦干涉条纹曝光在干板的线性区域,可以达到线性记录并获得尽可能高的反衬度.     

一种制作投影灰度正弦光栅的新方法

针对传统方法难以制作结构光三维投影测量设备的灰度正弦光栅元件,并以Ronchi光栅代替从而影响测量准确度,提出了一种制作灰度按正弦分布的光栅模板的新方法.通过对银盐全息干板透过率特性曲线的理论分析,指出在对比度为一的正弦干涉条纹下曝光不能得到线性记录和变换的原因,并提出了采用均匀非相干光预曝光提供偏置点来实现线性记录的新方法.实验表明,采用空间滤波法能够获得对称双光束正弦干涉条纹记录,并准确控制正弦干涉条纹曝光在干板的线性区域,可以达到线性记录并获得尽可能高的反衬度.     

正弦相位调制双法布里—珀罗干涉术的实验研究

讨论了光纤传光、正弦相位调制的双法布里－珀罗干涉术实验结果。通过光强信号的傅里叶分析，证实基频幅值和相位均合谐振腔长度或程函变化信息，从而提出实现基频相位或幅值测量的时间间隔测量法或幅值整流基频幅值测量法。在已研制的实验装置上，测试两种方法的灵敏度阈，结果表明：作者提出的平行双通道结构和光纤传光的测试方法能补偿谐振腔温漂影响，简化信号处理过程，更适合实时测量。     

用于获取大调制度的驻波型电光调制器的设计与制作

设计并制作了一种采用微波驻波电极的电光调制器,该调制器被用于光谱展宽。通过非周期极性反转方法,在１６．２５ＧＨｚ的调制频率下实现了微波驻波与光波的相位匹配,从而获得了大调制度。实验中光谱展宽达到２．５ＴＨｚ。     

基于折射率调制的表面等离子体全息衍射效率分析

针对折射率调制的表面等离子体全息显示方案,采用严格耦合波计算方法,仿真了变折射率薄膜正弦光栅结构参数与衍射效率的关系.结果表明,银作为表面等离子体激发材料时,0.2μm为光栅最优厚度,在此基础上,一级次光衍射效率与折射率差值、周期呈正比增长关系.对折射率范围进行了拓展,确定了折射率调制范围在1.34～1.8、周期为0.9μm时,对应的衍射效率可达33%以上.研究结果对于优化设计表面等离子体全息显示结构具有参考意义.     

制作具有预期位相调制度的卤化银乳胶位相型薄全息光栅的研究

提出了一种制作具有预期位相调制度的卤化银乳胶位型薄全息光栅的方法。它通过分析所拍摄的第一张全息光栅的数据来获得最佳曝光参量，从而使继后的拍摄，在同样的实验条件下能获得所预期的位相调制度。文中给出了这方法的理论分析和某些应用。     

非正弦波长调制的洛伦兹线型的傅里叶分析

在各种波长调制光谱理论中,波长调制函数的形式一般是随时间变化的正弦函数,而在实际应用中,标准的正弦函数信号容易混入高次谐频而失真,从而给系统引入误差。理论研究了当正弦波长调制函数中混入二倍频项时洛伦兹线型的傅里叶级数,推导了该条件下洛伦兹线型的N阶傅里叶系数的表达式。表达式中引入了谐波失真度参数K以表示二次倍频分量与基频的比值,并针对K0.01与K0.01情况分别作了数值仿真,仿真结果表明:当K小于0.01时,正弦调制函数的谐波失真带来的影响可以忽略,当K接近或高于0.1时,则会导致洛伦兹线型傅里叶级数幅度曲线中心点偏离原点,并且谐波曲线的阶次越高,或谐波失真度越大,曲线的偏离程度越严重。另外,仿真了在K大于0.01时,不同的调制度对奇数和偶数阶谐波幅度曲线的影响,结果表明存在一个最佳的调制度可以使谐波失真对正弦波长调制的影响最小。结果有利于加深对波长调制光谱的认识,对激光稳频技术也有重要的参考作用。     

高温全息光栅的制作工艺研究

本文提出了应用双镀层光刻法制作高温全息光栅的新工艺。此工艺范围广,制栅对象可选择陶瓷、石英等耐高温的非金属材料,也可选择耐高温合金等金属材料。高温实验结果表明.双镀层高温全息光栅具有较好的抗氧化能力,可作为高温变形测量的基本元件使用。     

正弦相位调制双法布里－珀罗干涉术的实验研究

讨论了光纤传光、正弦相位调制的双法布里－珀罗（Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ）干涉术实验结果．通过光强信号的傅里叶分析，证实基频幅值和相位均含谐振腔长度或程函变化信息，从而提出实现基频相位或幅值测量的时间间隔测量法或幅值整流基频幅值测量法．在已研制的实验装置上，测试两种方法的灵敏度阈，结果表明：作者提出的平行双通道结构和光纤传光的测试方法能补偿谐振腔温漂影响，简化信号处理过程，更适合实时测量．     

球面旋涂光刻胶膜厚分布的数学模型

提出了球面旋涂微米级厚度光刻胶膜层薄化率公式及径向位置演变公式,并得到了膜厚分布的演变公式。与平面涂胶相比,球面涂胶离心力及重力分量是在不断的变化。根据平面旋涂运动方程及球面面形特征,给出了球面旋涂运动方程;结合流体层流的表面条件及不可压缩流体的质量连续方程,推导出了膜厚h及径向位置r对时间t的演变公式,并得到了在径向位置r处初始厚度为h0的膜厚演变的数学模型。通过对模型参数的分析可知,球面旋涂光刻胶应采用主从轴偏心旋涂,旋涂时工件的开口应朝向侧面(旋转轴水平)。     

采用短相干光数字全息术实现反射型微小物体的三维形貌测量

针对反射型微小物体，设计了一种可在三维形貌测量中实现微小物体分层记录的短相干光源无透镜傅里叶变换数字全息记录系统，并利用该系统对锥形微孔壁实现了分层记录.该系统可通过调节待测物体的位置，改变全息记录中的物光光程，从而获得重构三维物体所需要的一系列子全息图.该系统具有光路简洁，系统的附加误差小的特点.实验测量的轴向误差约为3.5%，横向误差约为2.6%.此外，在三维重构的过程中，为避免因散斑噪声较大而无法利用位相信息进行三维重构的情况，采用了最小二乘多项式拟合方法，将微小物体的一系列再现强度图像进行三维重构.由于避免了复杂的相位展开，所以不但运算简单，而且具有较强的抗散斑噪声能力.     

光学自由曲面数控化加工方法

在光学系统中，为了满足特殊的成像要求，需要使用自由曲面光学零件，但由于自由曲面是一类非常复杂的曲面，用传统的光学加工方法很难加工。本文概要介绍了光学非球面的多种加工方法，探索了这些方法加工光学自由曲面的可能性，提出了用数控化加工方法加工光学自由曲面，并利用这种方法加工了一块自由曲面透镜。     

用光栅衍射法测试液体表面张力

利用π型直线状振源，在待测液面产生正弦形表面驻波，将其作为一种理想的反射式光栅，通过对激光束的衍射，形成线阵衍射光斑．借助LCCD等硬件测试系统及相应的数据采集与处理系统，实时准确地测量液体表面张力。     

大锥角聚能射流实验研究

 通过闪光X射线摄影技术，研究了两种大锥角射流的特性及其对钢靶的侵彻，并与小锥角射流进行了对比。研究结果表明：大锥角射流的头部速度较低，但直径和质量较大，在大炸高条件下对钢靶的侵彻孔深度浅，孔径大。     

双视三维动态反射全息图合成技术研究

在综合了白光反射全息、像全息、体视对全息和合成全息等多种技术的基础上 ,提出了一种制作双视三维动态反射全息图的合成技术 ,给出了制作该类全息图有关参数的设计方法 ,成功地制作了一种适于近距离观察的双视三维动态反射全息图样品 ,有效消除了用双眼观察普通动态全息图时常出现的像混淆现象 ,其清晰的三维立体图像、生动而逼真的动态艺术效果 ,具有较高的艺术欣赏和防伪价值 ,为该类全息产品的开发探索了一条可行途径     

Lensless digital holography with short-coherence light source for three-dimensional surface contouring of reflecting micro-object

In this paper, a new lensless digital holography system with short-coherence light source is reported for recording three-dimensional surface contouring of reflecting micro-objects. In the experiment, each of the layers on the inwall of a conical pore is respectively recorded by changing the path length of the object beam, instead of changing that of the reference beam, which can reduce the recording complexity and errors. In addition, the least-square-polynomial-fitting is used for the first time to carry out three-dimensional reconstruction with a series of two dimensional intensity images of a micro-object, which can be used not only to reduce obviously the complication of the three-dimensional reconstruction, but also to carry out three-dimensional reconstruction of a micro-object with strong laser speckle noise, of which the phase images can not be obtained from the conventional phase unwrapping process.     

单全息面的直接声场分离方法

为了简化分离全息面两侧相干声源的过程,提出仅依据单全息面上的数据直接进行声场分离的方法。该方法通过将等效源配置在球面上,并根据等效源法近场声全息的重构原理,建立全息面上有误差的测量值和计算值之间的数据关系,理论推导出单面声场分离方法。仿真分析干扰声源为脉动球源和受迫振动的简支薄钢板的分离结果,并对双扬声器的声场分离进行了实验验证。结果表明:该方法对两种干扰源都具有较好的分离精度,且有较高的可容忍误差。     

粗糙面重构问题的混合算法研究

基于Desanto的谱表示法,采用数值和近似算法相结合的混合算法对一维粗糙面的重构问题进行了研究.对于正问题,采用数值算法——矩量法(MOM)得到一维粗糙面的相关散射数据,对于逆问题,考虑不同粗糙度的粗糙面,分别采用两种近似算法——微扰近似(SPA)、基尔霍夫近似(KA)与矩量法的混合算法,对粗糙面轮廓进行了重构;数值结果以高斯粗糙面为例,给出了混合算法对不同粗糙度粗糙面的重构算例,并进行了数据比较和分析. 关键词： 粗糙面重构 矩量法 微扰近似 基尔霍夫近似     

大型非球面镜的加工和检测

大型非球面的加工和检验 ,通常采用 Offner补偿系统。对 Offner补偿系统进行了详细地论述。采用小口径三片式 Offner补偿系统检测大口径非球面镜 ,系统具有调节、检测方便 ,加工精度高等优点 ,这种方法在实际加工中得到证实。采用 Offner补偿系统加工的大口径非球面 (φ6 30 mm) ,取得了良好的实验效果