基于CCD采集的Mach-Zehnder干涉条纹图的处理算法

Mach-Zehnder干涉仪适用于研究气体密度迅速变化的状态。由于气体折射率的变化与其密度的变化成正比,而折射率的变化将使通过气体的光线有不同的光程,因此可通过干涉臂变化对干涉条纹图像效果的影响得到气体密度。实测中,采用图像采集卡和CCD来接收Mach-Zehnder干涉仪产生的条纹图像,再通过计算机对条纹图像的条纹间距进行处理,从而得到气体密度的变化状态。从光干涉理论出发,对Mach-Zehnder干涉条纹图像特征进行了分析,建立了Mach-Zehnder干涉条纹的数学模型,并根据此模型设计了处理Mach-Zehnder干涉条纹图像的算法。算法包括图像的预处理(即图像的噪声提取)、图像的二值化及图像的细化。     

基于CCD采集的Math-Zehnder干涉条纹图的处理算法

Math-Zehnder干涉仪适用于研究气体密度迅速变化的状态。由于气体折射率的变化与其密度的变化成正比，而折射率的变化将使通过气体的光线有不同的光程，因此可通过干涉臂变化对干涉条纹图像效果的影响得到气体密度。实测中，采用图像采集卡和CCD来接收Math-Zehnder干涉仪产生的条纹图像，再通过计算机对条纹图像的条纹间距进行处理，从而得到气体密度的变化状态。从光干涉理论出发，对Math-Zehnder干涉条纹图像特征进行了分析，建立了Math-Zehnder干涉条纹的数学模型，并根据此模型设计了处理Math-Zehnder干涉条纹图像的算法。算法包括图像的预处理(即图像的噪声提取)、图像的二值化及图像的细化。     

迈克耳孙干涉仪测折射率时的异常现象研究

针对迈克耳孙干涉仪以激光为光源测量玻璃板折射率所产生的异常现象,本文从几何光学理论出发进行了讨论,简明直观地给出了干涉条纹吞吐转折点与零光程点、光程、虚光源相对位置之间的关系,并与实验数据进行了对比.     

掠入射法测量液体折射率实验现象分析

掠入射法是基于全反射定律,采用几何光学原理来测量液体折射率的一种方法.文中对掠入射法测量透明液体折射率实验中出现的干涉条纹进行了定量分析,认为在分光计望远镜中观察到的干涉条纹是光线进入辅助透镜和直角棱镜间被测薄液膜干涉形成的,通过定义干涉条纹疏密度,对于薄膜引起的光程差与干涉明纹(或暗纹)间距两者间的关系进行讨论,其讨论的结果与实验结果一致.     

一种基于空间光程差调制的条纹位置测量方法

提出了一种基于空间光程差调制的条纹位置测量方法,用于恒星干涉仪条纹搜寻和条纹追踪.来自基线两端的两光束合束时,通过合束器在两光束之间引入一个倾角,用以实现静态的空间光程差调制.使用成像透镜将静态光程差调制得到的白光干涉条纹成像到CCD探测器上.白光条纹位置的偏移与两光束之间的光程差大小相关,使用获得的干涉条纹实时计算白光条纹位置,测量出两束光之间的光程差,用于延迟线的实时光程差补偿,从而可以稳定干涉条纹.数值模拟和实验结果表明,采用该方法获得的最大光程差测量误差为0.159μm,小于数值模拟和实验所用宽带光的平均波长0.555μm,测量精度满足条纹相干的要求.与时间调制方法相比,该方法原理和算法简单,且对于大气扰动更不敏感.     

没有补偿板的迈克尔逊干涉仪中干涉条纹形状

本文从垂直入射平面镜Ｍ＿１、Ｍ＿２的两束光间的附加光程差和扩展光源时，倾斜线相对于中心光线的相对光程差两方面分析了没有补偿板的迈克尔逊干涉仪的附加光程差，推导出干涉条纹形状方程式，并以实例数据详细讨论了干涉仪动镜移动过程中干涉条纹形状的变化。     

用于透明平板平行度和均匀性测量的单元件干涉仪

提出了一种基于单元件干涉的用于检测透明介质平整度和均匀性的干涉仪.该干涉仪的核心元件是一个菱形分光棱镜.激光光源的平面波光束的一半光束透过待测样品,另一半光束直接透过空气,然后分别入射到菱形分光棱镜的两垂直面并在分光面相遇、相干.通过旋转待测样品改变相干的两束光光程差,从而使干涉条纹发生移动.形成的相干光被分光板分成两束,一束进入光电探测器用于探测干涉条纹移动数的整数部分,另一束则进入电荷耦合探测器用于采集干涉条纹图来计算干涉条纹移动数的小数部分.通过计算条纹移动数反推出光程差的变化量,再结合折射率或样品厚度信息则可以计算出样品厚度或折射率的分布,从而检测出透明介质的平行度和均匀性.模拟仿真和光学实验均证明了本方法的可行性、准确性和稳定性.     

迈克耳孙干涉仪实验中干涉条纹方程的推导和模拟

通过对迈克耳孙干涉仪干涉原理和干涉光路的分析,得到了接收屏上的各级干涉条纹方程,在此基础上对干涉条纹的形状进行了模拟和讨论.     

用于面形测量的光纤投影器相移和频移特性

提出了一种光纤投影器产生相移和频移的方法,给出了光纤投影器相移和频移特性的理论与实验相一致的结果。光纤投影器利用双光束干涉产生正弦调制的结构光场,通过在一路光中引入压电陶瓷PZT,调节PZT的驱动电压来改变双光纤中光波的光程差,从而使干涉条纹产生相移,得到相移随驱动电压的变化曲线;频移是采用移动光纤投影器到接收屏距离的方法来改变干涉光场的空间频率,给出了变频条纹的傅里叶频谱,得到干涉光场的相对空间频率,将其与理论值相比较,给出二者之间的线性关系曲线,从而证明了干涉光场相对空间频率与投影器到接收屏距离成反比的关系。     

迈克尔逊干涉仪中补偿板与干涉条纹

通过分析缺失补偿板的迈克尔逊干涉仪中的附加光程差,推出干涉条纹满足的方程式,并用计算机模拟了动镜移动过程中变化的干涉条纹,与实验结果相一致.     

Measuring the refractive index of crude oil using a capillary tube interferometer

A method for measuring the refractive index of low-transparent crude oils using a capillary tube interferometer is described. The method is based on analyzing the resulting transverse interference fringe patterns in terms of their positions with respect to the lens/capillary tube interferometer. The refractive indices of seven blended crude oils of low transparency were measured with accuracy of up to six decimal digits and were related to the API gravity of the oils. The ray tracing inside the capillary tube is explained and the transverse bell-shaped interference fringes are interpreted.     

Refractive index profiling of a GRIN optical fiber using a modulated speckled sheet of light

A method for calculating the refractive index of GRIN optical fiber from its transverse interference pattern is presented.In this method the transverse interference fringe pattern through an optical fiber using a sheet of light is applied to get the refractive index profile of it. The optical fiber is not immersed in a matching liquid as used in different techniques [Barakat N, El-Hennawi HA, El-Zaiat SY, Hassan R. Pure Appl Opt 1996;5:27].In this method a sheet of He–Ne laser light is allowed to illuminate the fiber. The light sheet is divided into two parts, the first is refracted through the fiber while the second is used as a reference beam. Interference pattern will be obtained between these two rays displaying the refractive index variation along the fiber radius.The fringe shift of such interference pattern has been measured and used to calculate the deflection angle of light refracted by the fiber and the cladding. An equation is derived to calculate the refractive index profile difference ratio δn at different positions across the fiber cross section in terms of the corresponding deflection angle and is verified experimentally.The optical path difference between these two rays (refracted and reference beam divided by the fiber) has been derived and the fringe shift obtained has been used to calculate the refractive index profile of the fiber.Introducing a ground glass screen on the passage of the two light beams (refracted and reference beam divided by the fiber), two superimposed identical speckle patterns are formed leading to the formation of a third speckle pattern modulated by a grid structure displaying the optical thickness of the fiber.     

Interfacial shape and contact-angle measurement of transparent samples with confocal interference microscopy

A model has been developed that predicts the effective optical path through a thick, refractive specimen on a reflective substrate, as measured with a scanning confocal interference microscope equipped with a high-numerical-aperture objective. Assuming that the effective pinhole of the confocal microscope has an infinitesimal diameter, only one ray in the illumination bundle (the magic ray) contributes to the differential optical path length (OPL). A pinhole with finite diameter, however, allows rays within a small angular cone centered on the magic ray to contribute to the OPL. The model was incorporated into an iterative algorithm that allows the measured phase to be corrected for refractive errors by use of an a priori estimate of the sample profile. The algorithm was validated with a reflected-light microscope equipped with a phase-shifting laser-feedback interferometer to measure the interface shape and the 68 degrees contact angle of a silicone-oil drop on a coated silicon wafer.     

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.     

基于光束的相干特性拓展双缝实验教学实验内容

对部分相干光束的双缝实验干涉条纹进行了研究。利用转动的毛玻璃以及两个透镜构成了一个简单的产生部分相干光束的光学系统,通过调整毛玻璃与两个透镜的共焦点之间的距离,可以定量地控制光束的相干性。对不同相干性的光束经过双缝干涉之后的光强进行了实验观测,发现光束的相干性会对双缝干涉条纹的衬比度产生影响,光束的相干性越低,条纹衬比度也越小。并对实验结果进行了理论模拟,理论数值模拟的结果与实验观测结果基本一致。     

远距离环状干涉条纹形成的初步实验

 针对远距离激光干涉成像中条纹的形成进行了研究。分析了成像所需条纹的特点，表明干涉条纹成像系统的带宽决定于条纹的空间带宽。讨论了传统的迈克尔逊干涉仪结构在激光干涉成像中应用的不足之处，并在迈克尔逊干涉仪的基础上，提出一种变形的光路结构，用于在远距离上形成圆对称环状干涉条纹，同时报道了利用该变形结构在约50m的距离上观察到的条纹，表明了该光路结构的可行性。     

远距离环状干涉条纹形成的初步实验

针对远距离激光干涉成像中条纹的形成进行了研究。分析了成像所需条纹的特点,表明干涉条纹成像系统的带宽决定于条纹的空间带宽。讨论了传统的迈克尔逊干涉仪结构在激光干涉成像中应用的不足之处,并在迈克尔逊干涉仪的基础上,提出一种变形的光路结构,用于在远距离上形成圆对称环状干涉条纹,同时报道了利用该变形结构在约50m的距离上观察到的条纹,表明了该光路结构的可行性。     

Plane-parallel biaxial plates as polarization interferometers

Plane-parallel biaxial plates as polarization interferometers. Knowing the refractive indices and the directions of the rays inside a birefringent crystal, it is possible to calculate the positions of the images formed, when a non-parallel light beam incides on it.We part from general expressions for images in plane-parallel plates of any type of medium and we use vectorial expressions for the incident and refractive rays and waves in both interfaces.From them, we obtained the interference patterns which are observed when the plate is placed between two crossed polarizers. This experimental device constitutes a polarization interferometer. In order to find the shape of the interference patterns, we superposed the wave's fronts emerging from the images determining, in this way, the phase difference curves of phase constant on a screen.     

谱衍射干涉的计算模拟

本文提出谱衍射干涉的计算模拟方法.着重讨论了谱为几何图案时的干涉现象,得到干涉场强正比于物体沿图案路径的线积分.根据实验观察用二次位相函数来近似模拟酒精灯火焰的位相延迟,相应计算了几种特殊谱分布的衍射干涉强度分布,得到与实验相一致的结果.本文还讨论了几种特殊谱衍射干涉的特点,得到了一些结论.