光学材料光学均匀性检测方法分析

光学均匀性是光学材料的重要指标,直接影响到透射光学系统的波面质量,改变系统的波相差。惯性约束聚变（Inertial Confine Fusion,ICF）激光驱动器的研制要求对材料的光学均匀性进行高精度的检测,同时兼顾洁净度要求。实验中利用斐索干涉仪实现了大口径光学材料光学均匀性的检测,并与国外检测数据进行了对比,对检测过程中的影响因素主要包括样品的厚度测量偏差及折射系数偏差进行了分析。结果表明,样品的厚度测量偏差及折射系数偏差对结果的影响较小,可以忽略。同时用两种干涉仪专用软件对大量样品测量数据进行处理,对比了不同干涉仪光学均匀性的计算结果,表明这两种情况下对光学均匀性的处理结果相符,解决了大口径光学坯件光学均匀性的检测问题。     

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。     

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。     

光学材料光学均匀性的波长调谐两步绝对测量法

光学均匀性是光学材料的重要指标,目前高精度的测量方法一般采用绝对测量法,而该方法步骤繁琐,容易受环境影响。根据波长移相干涉仪的移相特点,提出了测量光学材料光学均匀性的波长调谐两步绝对测量法。该方法在波长移相干涉仪中通过平行平板放入测量和空腔测量两个步骤得到平行平板的光学均匀性。在模拟仿真验证方法的正确性后,进行了实验研究,并与传统的绝对测量法的测量结果进行比较。结果表明,波长调谐两步绝对测量法可用于测量平行平板的光学均匀性,且测量步骤简单,精度较高。     

大口径光学玻璃光学均匀性干涉绝对测量方法

在光学透射材料均匀性测量的各个方法中,干涉测量方法作为绝对测量方法,能摈除干涉仪标准面及待测元件的面形影响,具有很高的测量精度而逐渐被广泛使用。详细研究了使用干涉手段测量透射材料均匀性的方法,对其中材料切割角度所引入的误差进行了详细分析,并提出修正方法。同时研究了测量光学材料均匀性的拼接算法,实验表明：该方法可以实现用小口径干涉仪测量大口径玻璃材料的光学均匀性的目的,而且其测量精度很高。     

用于提高成像灵敏度的区域DOT/FMT混合成像方法EI北大核心CSCD

当前荧光分子层析(FMT)技术因假设背景光学结构均匀而导致其灵敏度、定量性和空间分辨率等主要指标与实际应用要求存在一定的差距,而基于区域标识的"粗粒度"扩散光学层析成像(区域DOT)重建算法在目标体结构先验信息的支持以及光学特性分区均匀性自然假设下能够有效获取目标体的光学结构,展开了提高FMT技术成像灵敏度的稳态测量模式下区域DOT/FMT混合成像方法的研究。数值模拟中以含有区域标记的光学数字鼠模型为背景,分别在已知数字鼠精确光学结构、利用区域DOT重建算法获取的数字鼠光学结构以及假设数字鼠各区域光学参数均匀三种背景情况下基于FMT技术重建荧光产率图像,并利用简化的仿体模型进行实验验证。结果表明,该区域DOT/FMT混合成像方法使FMT技术成像灵敏度有了显著提高,荧光产率图像具有更好的定位及量化精度。     

红宝石激光大能量实验

本文分析了红宝石光学均匀性对激光输出能量的影响,进行了红宝石激光大能量实验,得到1500J~*的激光输出.克服效率下降问题以后,得到3000J~(**)的激光输出.     

光学玻璃光学均匀性高精度测量技术

高质量的透射光学系统对光学材料的光学均匀性要求非常高 ,材料局部折射率 10 -6 量级的变化就可能破坏整个系统的性能。详细介绍了三种用于测量光学玻璃光学均匀性的干涉法 ,研制了一台高精度光学玻璃材料光学均匀性测量仪。实验结果表明 :40mm左右厚的光学玻璃材料的光学均匀性检测精度可达 1× 10 -6 。     

一种闭环式光纤加速度计设计

以光纤为挠性形变体、以激光为信息传递媒介,结合光电检测及闭环控制等技术设计了一种结构简单、成本低廉的光学加速度计,并就该方案实验系统各部件选型和系统测量灵敏度进行了简单分析。该方案可克服传统摆式光纤加速度计方案的不足,实现高精度和大动态范围的加速度测量。     

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。     

Anisotropic optical feedback of single frequency intra-cavity He--Ne laser

This paper presents the anisotropic optical feedback of a single frequency intra-cavity He--Ne laser. A novel phenomenon was discovered that the laser output an elliptical polarized frequency instead of the initial linear polarized one. Two intensities with a phase difference were detected, both of which were modulated in the form of cosine wave and a fringe shift corresponds to a λ/2 movement of the feedback mirror. The phase difference can be continuously modulated by the wave plate in the external cavity. Frequency stabilization was used to stabilize the laser frequency so as to enlarge the measuring range and improve the measurement precision. This anisotropic optical feedback system offers a potential displacement measurement technology with the function of subdivision of λ/2 and in-time direction judgment. The three-mirror Fabry--Perot cavity model is used to present the experimental results. Given the lack of need of lasing adjustment, this full intra-cavity laser can significantly improve the simplicity and stability of the optical feedback system.     

基于1556 nm光纤激光器频率分裂效应的应力测量

光学元件在红外波段的应力-光学常数是众多光学系统关心的问题之一.本文提出一种基于1556.16 nm掺铒光纤激光频率分裂效应的光学玻璃内应力致双折射测量方法.选择平面介质膜腔镜和光纤光栅(FBG)构成线形半开放式谐振腔,并分析了光纤自身弯曲引入谐振腔内的双折射.将待测光学玻璃附带力传感结构放置在谐振腔内,结合Jones矩阵传递方程得到了外载荷所致双折射与空腔双折射的叠加模型.对光学玻璃的载荷从0逐级递加到20 N,内腔的频率分裂量增加,根据双折射叠加模型和频率分裂原理解出应力与频率分裂量的对应关系,且该结果可溯源到基本物理量—波长.实验结果表明,系统灵敏度为22060 Pa/nm,线性度为99.44%,可广泛应用于红外波段的光学元件双折射精确测量.     

激光器内腔频差对双折射外腔激光回馈系统输出影响的理论及实验研究

玻璃材料的内应力关系及所在系统的稳定性、安全性和可靠性,是精密加工领域的重要问题.基于双折射外腔激光回馈效应的应力测量技术以其先进新颖的测量原理受到普遍关注.传统理论普遍认为双折射回馈系统中激光器的输出相位仅由外腔相位延迟决定,而将测量误差归因于外腔镜的非线性运动.本文结合正交偏振激光原理和三镜腔等效模型,测量了激光器的内腔双折射引起的频差大小,进行了频率调谐回馈实验,并根据结论计算了内腔频差对外腔相位延迟测量结果的影响,发现激光器的输出相位由外腔相位延迟、内腔频差、外腔长度共同决定.本文总结了内腔和外腔各向异性共同作用下激光器正交偏振态的相位特性,补充了激光回馈的物理内容,对于应力-双折射、位移、距离等重要参量的精确测量,都具有重要指导意义.     

气泡的远场干涉分析及应用

提出了一种分析气泡远场干涉的理论模型。平行激光束照射到透明介质中的气泡上,折射光束与全反射光束在远场发生干涉形成内密外疏圆环状干涉条纹,推求了两平行出射光线的光程差公式和两光线之间的距离公式,分析了圆环状干涉条纹内密外疏的原因,给出了计算干涉条纹存在区域和最高干涉级的方法。通过干涉方法可以测量气泡的直径,能够用于介质深处气泡尺寸的测量。利用远场干涉对玻璃水箱、平板玻璃、玻璃棱镜中的气泡直径进行了测量,其中玻璃棱镜中气泡直径测量结果与用阿贝比长仪测量结果对比,相对差为0.9%。预期了气泡远场干涉在运动气泡尺寸、泡内气体折射率、透明光疏介质中光密介质球尺寸测量等方面的应用。     

Efficiency of frequency-pulsed excitation of a micron-sized spherical microcavity by chirped ultrashort laser radiation

Peculiarities of internal optical field resonant excitation inside micron-sized spherical transparent dielectric cavity illuminated by a train of ultrashort laser pulses are investigated. On an example of water microdroplet is shown that optimal tuning of incident radiation to a selected high-Q resonance electromagnetic cavity mode can be realized by varying temporal interpulse interval in a laser train together with linear frequency modulation of every pulse (chirp). Efficiency of resonant particle excitation by a chirped picosecond pulses train can be considerably increased as compared to unchirped pulse train and CW excitation also.     

Measurement of refractive index homogeneity of parallel optical component

In this paper, we present a method for enhancing the measurement capability of refractive index homogeneity for parallel optical components, which phase-shifting interferometry cannot handle with. With the help of wavelength-modulation phase-shifting interferometry, a series of multiple-surface interference fringes are obtained and analyzed by Fourier transform. Based on the fact that the interference fringe corresponding to each interference cavity has its own variation frequency, the wavefront aberrations induced by each interference cavity are obtained and the refractive index homogeneity is then obtained. It is proved by experiment that the enhanced method can measure the refractive index homogeneity of parallel optical components more accurately and conveniently compared with the traditional measurement approach. Therefore, it will have potential application forwards in optical measurement field.     

基于正交偏振双纵模的氦氖激光器纳米测尺系统

提出一种基于正交偏振双纵模的氦氖激光器纳米测尺系统,将双折射元件插入He-Ne激光器谐振腔内产生频率分裂效应,使激光器变成了频差可调的双频激光器。运用频率分裂、模竞争、双纵模功率调谐等激光物理效应和设定浮动阈值,研制了新型的激光器纳米测尺。以激光波长为尺子,具有可溯源性,在没有任何电细分的条件下达到了纳米量级的分辨率,与激光干涉仪的比对实验表明,该系统的分辨率为79 nm,量程为15 mm,线性度为5.4×10-5,标准差为380 nm。     

基于激光回馈的波片在盘位相延迟测量系统

 利用激光回馈测量波片相位延迟精度高的优越性,以激光回馈技术为基础,实现光学波片的在盘测量,即在加工过程中,波片光胶于光胶盘的状态下测量波片位相延迟,以提高波片生产效率和成品率。采用凹面镜作为回馈镜以提高回馈信号调制深度,对激光回馈内、外腔长进行稳定,提高了系统可靠性;研究了波片与光胶盘光胶对波片测量的影响,提出并验证了在光胶盘上开孔,在打孔的光胶盘上光胶、加工、测量波片的新工艺,最终实现了波片在盘测量,测量长期重复性优于1°,经过激光频率分裂系统校正后,系统精度优于0.5°。     

飞秒脉冲非对称互相关绝对测距

光学频率梳是一种重复频率与偏置频率锁定的新型光源,在频域上为频率间隔稳定的频率梳齿,在时域上为相对距离稳定的飞秒脉冲激光.光学频率梳在测距中的应用广泛,能够实现远距离高精度的测量.本实验使用飞秒激光脉冲作为光源,基于谐振腔扫描光学采样测距原理得到非对称的互相关干涉条纹,实现了远距离高精度的绝对测距.非对称互相关条纹可通过色散补偿与调节光学频率梳的重复频率得到,并通过得到的非对称的互相关干涉条纹对测距结果进行补偿.实验结果表明测距系统能够实现在50 m范围内误差为2 μm的绝对测距,测量相对误差为1.9×10^-7.     

Laser Intensity Variation in Amplitude and Phase Induced by Elliptically Polarized Feedback

The laser output characteristics under elliptically polarized optical feedback effect are studied. Elliptically polarized light is generated by wave plate placed in the feedback cavity. By analyzing the amplitude and phase of the laser output in the orthogonal direction, some new phenomena are firstly discovered and explained theoretically.Elliptically polarized feedback light is amplified in the gain medium in the resonator, and the direction perpendicular to the original polarization direction is easiest to oscillate. The laser intensity variation in amplitude and phase are related to the amplified mode and the anisotropy of external cavity. The theoretical analysis and experimental results agree well. Because the output characteristic of the laser has a relationship with the anisotropy of the external cavity, the phenomenon also provides a method for measuring birefringence.