相位恢复测量长焦距镜面

针对长焦距光学镜面检测中测量光路长,振动干扰较大,不容易用干涉仪进行面形检测的难题,提出了一种基于相位恢复技术的测量方法.该方法用相干点光源照射被测镜,采集一系列焦点附近的衍射光强图像,然后运用相位恢复算法得到镜面面形误差分布.利用衍射光学理论建立了测量模型,并用基于Gerchberg-Saxton算法的迭代算法求解模型.然后仿真验证了光场传播模型的可靠性和测量算法的有效性,并用该方法测量了一块曲率半径8 700 mm,口径145 mm的球面镜.通过对光强图像位置进行优化,并选择适当离焦位置的图像,最终恢复出了镜面面形.相位恢复测量的结果与动态干涉仪测量结果基本一致,并且测量装置简单,对环境要求低.     

相位恢复测量长焦距镜面(英文)

针对长焦距光学镜面检测中测量光路长,振动干扰较大,不容易用干涉仪进行面形检测的难题,提出了一种基于相位恢复技术的测量方法.该方法用相干点光源照射被测镜,采集一系列焦点附近的衍射光强图像,然后运用相位恢复算法得到镜面面形误差分布.利用衍射光学理论建立了测量模型,并用基于Gerchberg-Saxton算法的迭代算法求解模型.然后仿真验证了光场传播模型的可靠性和测量算法的有效性,并用该方法测量了一块曲率半径8700mm,口径145mm的球面镜.通过对光强图像位置进行优化,并选择适当离焦位置的图像,最终恢复出了镜面面形.相位恢复测量的结果与动态干涉仪测量结果基本一致,并且测量装置简单,对环境要求低.     

双光栅快速扫描光学延迟线的色散补偿

光学相干层析成像(OCT)系统的纵向分辨力不仅与光源的带宽有关,而且与系统中两干涉臂间的色散匹配有关。如果色散没有得到精确匹配,将使光学相干层析成像系统的纵向分辨力达不到所预期的理论值。色散问题在超高分辨光学相干层析成像系统中尤为突出。提出了一种基于双光栅快速扫描光学延迟线(RSOD),用于光学相干层析成像系统的色散补偿。该方法中新增的光栅引入了光栅间距这一独立变量,其与常规单光栅快速扫描光学延迟线机构中的光栅离焦量一起,可使光学相干层析成像系统中的群速度色散(GVD)和三阶色散(TOD)同时得到补偿。分析了双光栅快速扫描光学延迟线的色散特性和色散调节原则,并提供了一个典型光学相干层析成像系统中的色散补偿实例。     

光学相干层析系统相干传递函数研究

在弱物体近似下从成像系统角度对光学相干层析测量技术进行了理论研究。分析了该技术测量样品纵深结构时图像的形成机理。结果表明它相当于一复振幅线性平移不变系统，从而可用相干传递函数描述系统性能，所得相干传递函数表明系统具有低通特性，半峰值带宽△ｋ＝２△λ／λ＾２。由于物体频谱整体平移了１／λ，测量的是纵向结构的高频信息。本文的工作为定量分析光学相干层析对未知结构的测量结果及进一步提高空间分辨率提供了理论     

高精度角膜曲率半径测量系统

为了实现成像角膜曲率计沿光轴方向的精确对准,提高角膜曲率的测量精度,设计了一种高精度成像角膜曲率测量系统。对该系统的成像光源、成像光学系统、干涉测量系统等进行研究。通过LED阵列均匀照射靶环形成光源;成像物镜采用双远心镜头,使景深变大,有利于对准测量,同时保证成像物镜的放大率不会受景深的影响;引用低相干干涉测量技术,利用低相干干涉信号定位角膜顶点和测量光源的位置,利用光栅尺监测扫描反射镜的位置,实现了角膜顶点到测量光源距离的精确测量。最后,分析了该系统成像物镜放大率的稳定性和角膜曲率测量误差,在理论基础上,做出了实验样机,用所设计的样机对标准角膜模拟眼进行测试,系统精度达到±0.02 mm,基本满足角膜曲率的测量要求。     

基于光学相干测振系统的微悬臂梁缺陷检测

提出了基于光学相干测振(optical coherence vibrometer,OCV)系统的微悬臂梁缺陷检测方法.自搭建的OCV系统最大振动位移量程、最大振动频率分别为2.574 mm和138.5 kHz,应用该系统对含缺陷微悬臂梁-附加质量块耦合结构进行振动测量获得其固有频率,并利用附加质量块对固有频率的影响特性...     

基于拉锥结构的全光纤型内窥光学相干层析成像探针研究

本文报道了一种基于拉锥结构的全光纤型内窥光学相干层析成像探针.基于大纤芯多模光纤的低光束发散特性,使用大纤芯多模光纤代替透镜作为成像元件,并在单模光纤与大纤芯多模光纤之间引入过渡拉锥段以减少插入损耗.首先利用光学仿真软件(Rsoft)确定探针的最佳结构,然后通过拉锥、切割以及熔接工艺实现探针制作,并对探针的出射光束特性与插入损耗进行测量,最后将该探针与扫频光学相干层析成像主系统联机,对人体指尖皮肤及鸡气管壁组织进行成像.该探针直径为250μm,不锈钢保护管外径为325μm,硬端长度1 cm,插入损耗约为0.3 d B,空气中有效成像范围达800μm.该探针为内窥光学相干层析成像技术在心血管疾病的应用提供了高紧凑度、高传输效率与高灵活性的选择.     

基于拉锥结构的全光纤型内窥OCT探针研究

本文报道了一种基于拉锥结构的全光纤型内窥光学相干层析成像探针. 基于大纤芯多模光纤的低光束发散特性, 使用大纤芯多模光纤代替透镜作为成像元件, 并在单模光纤与大纤芯多模光纤之间引入过渡拉锥段以减少插入损耗. 首先利用光学仿真软件(Rsoft)确定探针的最佳结构, 然后通过拉锥、切割以及熔接工艺实现探针制作, 并对探针的出射光束特性与插入损耗进行测量, 最后将该探针与扫频光学相干层析成像主系统联机, 对人体指尖皮肤及鸡气管壁组织进行成像. 该探针直径为250 μm, 不锈钢保护管外径为325 μm, 硬端长度1 cm, 插入损耗约为0.3 dB, 空气中有效成像范围达800 μm. 该探针为内窥光学相干层析成像技术在心血管疾病的应用提供了高紧凑度、高传输效率与高灵活性的选择.     

线照明并行谱域光学相干层析成像系统与缺陷检测应用研究

针对玻璃缺陷在线无损检测的迫切需求,本文报道了一种基于线照明并行谱域光学相干层析成像系统的大视场检测系统.该系统采用快速面阵CMOS相机,单次拍摄即可获取完整的横截面(B-scan)图像.基于线照明面阵探测器的并行谱域光学相干层析成像系统,可以同时获取沿线照明方向各位置处的深度分辨信息,避免了横向扫描机构的应用.研制系统的轴向分辨率为17.9μm,并行方向上的横向分辨率55.7μm,扫描方向上的横向分辨率为24.8μm,轴向扫描速率为128 000 A-scan/s,横向视场为32 mm,空气中成像深度大于6 mm,成像灵敏度达到62 dB以上.利用研制的线照明并行谱域光学相干层析成像系统,开展了不同类型玻璃表面及其内部缺陷的检测应用研究.     

基于非线性优化方法的离轴非球面轮廓测量面形恢复技术

轮廓测量是非球面光学镜面的重要测量手段,然而在测量过程中由于测量坐标系与理论坐标系间存在偏离,测量结果中存在误差。本文分析了离轴非球面的测量坐标系与理论坐标系间的平移和偏转误差在面形结果中引入的测量误差形式,根据最小二乘原理建立优化函数,依照函数特性通过数值差分法快速求解梯度并利用非线性优化方法优化偏差,从而将该误差从测量结果中剔除。仿真分析表明这种方法能在镜面面形残差和测量系统的随机误差的影响下有效恢复镜面面形信息。利用该方法实际指导直径为570mm的离轴椭球面的加工,经过四个周期的测量-研磨过程使该镜面面形误差的PV值从34.80μm收敛至13.83μm,RMS从3.28μm收敛至1.89μm。为了进一步比较,对一块220mm×96mm矩形离轴椭球面测量,验证了该方法测量异形离轴镜面的适用性和通用性。     

光学相干层析图像层状结构的增强与定量测量

光学相干层析(OCT)成像技术对于眼底等层状组织的定量测量有赖于光学相干层析图像中层状结构的提取。为了对原始光学相干层析图像进行预处理以有效地去除图像中的噪声及散斑、增强图中的层状结构,并更好地保护图像中的层状结构,进而更准确地定量测量图像中有重要意义的层状结构的光程信息,提出在相干增强各向异性扩散(CED)算法中引入二阶导数项以控制沿相干方向的扩散强度,并将引入二阶导数项的相干增强各向异性扩散算法应用于不同样品的光学相干层析图像。结合在预处理后图像中层状结构位置的查找结果与样品的折射率信息,实现了对光学相干层析图像中有重要意义的层状结构厚度的定量测量。实验结果表明,使用引入二阶导数项的相干增强各向异性扩散算法对光学相干层析图像预处理有利于对图中重要层状结构的更准确测量。     

基于旋转扫描探头的OCT内窥成像系统设计

为了同时获取样品的表面和深度信息,研究光学相干层析的成像原理,建立了基于光学相干层析技术的内窥系统,实现了旋转扫描成像,系统的工作波长为1 310 nm,工作带宽为80 nm.理论推导及计算机仿真得到了系统信噪比与干涉仪的分光比、反射率之间的关系并分析了理论分辨率和探测深度.提出外径为5 mm的内窥镜扫描探头,聚焦距离为12 mm,数值孔径NA为0.47,折射率分布常量A=0.218 7.利用微型电机驱动直角棱镜实现扫描,旋转速度为25 rpm,旋转一周得到640个采样点.采用多层盖玻片和洋葱表皮作为样品进行实验分析,得到了盖玻片和洋葱的图像,横向分辨率和纵向分辨率分别为10 μm和15 μm.结果表明,设计的光学相干层析内窥系统能够用于旋转扫描成像,获取更多的组织信息.     

基于旋转扫描探头的OCT内窥成像系统设计*

为了同时获取样品的表面和深度信息,研究光学相干层析的成像原理,建立了基于光学相干层析技术的内窥系统,实现了旋转扫描成像,系统的工作波长为1 310 nm,工作带宽为80 nm.理论推导及计算机仿真得到了系统信噪比与干涉仪的分光比、反射率之间的关系并分析了理论分辨率和探测深度.提出外径为5 mm的内窥镜扫描探头,聚焦距离为12 mm,数值孔径NA为0.47,折射率分布常量A=0.218 7.利用微型电机驱动直角棱镜实现扫描,旋转速度为25 rpm,旋转一周得到640个采样点.采用多层盖玻片和洋葱表皮作为样品进行实验分析,得到了盖玻片和洋葱的图像,横向分辨率和纵向分辨率分别为10 μm和15 μm.结果表明,设计的光学相干层析内窥系统能够用于旋转扫描成像,获取更多的组织信息.     

用于应力双折射分布测量的多构型扫描系统设计

为了实现对不同构型光学样品进行应力双折射分布测量,在使用双弹光调制方法的基础上,设计了一种应用于双折射分布测量的多构型扫描系统。该系统在保证测量的高分辨率的同时,通过保持激光器静止,同时使样品进行快速移动,提高了测量精度与广度。在样品测量方面,采用633 nm(1/4)玻片测试,测试相对误差的范围为0.79%～0.95%,波动范围为0.12 nm,标准差为0.035 2;采用BK7玻璃样品测试,波动范围为0.25 nm,标准差为0.038 9。在扫描精度方面,连续扫描精度误差不超过0.05 mm,连续寸动扫描精度误差不超过0.009 mm。对比实验结果可得出,该多构型扫描系统可有效解决对样品任一区域实现高精度应力双折射测量的问题。     

大镜面在位检测中的相位恢复技术研究

为了满足大型光学镜面加工对在位检测的需求,探索了一种应用相位恢复技术的新型镜面测量方法.构建了基于离焦光场的相位恢复测量系统并实现了与此系统相适应的相位恢复算法,此测量系统结构简单且不易受环境振动影响.在此系统基础上,详细分析了各种误差因素以及系统测量准确度和测量范围,并针对在位检测的特点和要求,研究了此方法在应用中的可靠性.对一面口径430 mm的球面反射镜进行了分平台在位测量实验.实验中分析了不同测量参量对测量结果的影响.相位恢复测量与干涉测量结果对比较为吻合.理论分析和实验都表明该方法切实可行,检测准确度满足光学镜面研抛加工要求.     

用于内窥光学相干层析成像的小型化预标定Lissajous扫描光纤探头

基于非对称光纤悬臂结构的Lissaj ous扫描光纤探头可实现低电压驱动下的大范围扫描成像.本文研究了全封装的小型化预标定Liss ajous扫描光纤探头.通过优化设计与数值仿真,选择了能实现高填充率Liss ajous扫描的正交谐振频率,确定了非对称光纤悬臂的结构参数.全封装探头在5 mm工作距离处的焦点直径为25 μm,视场大小达到1.5 mm × 1.5 mm,总刚性长度和外径分别为35 mm和3.5 mm.研究了全封装探头扫描轨迹的稳定性、可重复性与扫描成像的旋转稳定性.结合实验室搭建的50 kHz扫频光学相干层析(OCT)系统,对硬币和生物组织进行高质量成像,验证了用于内窥OCT成像的小型化预标定Liss ajous扫描光纤探头具有良好的成像性能.     

超光谱成像差分吸收光谱系统烟羽测量研究

研究一种测量污染气体(如SO2,NO2)二维分布的光学遥感方法,即采用超光谱成像差分吸收光谱(DOAS)系统在扫描转台上对污染源排放烟羽进行扫描测量,利用被动差分吸收光谱处理方法对采集到太阳散射光谱进行处理获得柱浓度,结合转台扫描,最终实现污染气体的二维成像解析.着重描述了基于成像差分吸收光谱仪、紫外镜头及扫描转台的超光谱成像差分吸收系统,并利用该系统对热电厂烟羽排放进行了外场测量,该技术为污染源实时成像测量提供了一种简便的方法.     

眼镜、放大镜、显微镜、望远镜

提出了一种采用光学投影成像和自扫描光电二极管列阵(SSPA)传感器实现隐形眼镜曲率、光学中心厚度和直径测量的新方法,基于此方法设计成功了一种新型隐形眼镜投影测量仪。介绍了仪器的测量原理、仪器结构、光电二极管列阵信号采集以及单片机控制系统的硬件和软件设计。该测量仪测量镜片曲率半径的精度优于士0.1 mm,测量镜片光学中心厚度的     

碳纤维复合材料制造轻质量空间光学反射镜

用碳纤维复合材料制造空间光学镜面结构是满足空间光学反射镜轻量化轻型要求的途径之一,概要介绍国际上将碳纤维复合材料用于光学镜面中的现有技术水平、发展趋势及国内现状。利用有限元法,通过对复合材料层合板铺层设计制造出小口径(260mm)反射镜加以实验验证其光学性能以及稳定性,研究碳纤维复合材料用于光学镜面有可能达到的精度以及尚需解决的问题。     

椭圆形平面镜的高精度面形重构技术

为了实现大口径椭圆形光学平面镜的高精度面形测量,提升大口径望远镜系统的像质,本文对椭圆形平面反射镜面形的绝对检测算法进行了研究。首先,对椭圆形镜面进行了多项式正交化拟合研究。接着,对绝对检测算法进行了理论研究,利用正交化绝对检测算法可以有效分离参考镜与待测镜的面形误差,从而实现待测椭圆形平面镜面的高精度面形重构。为了证明上述方法的实际检测精度,本文对250 mm×300 mm的椭圆形镜面进行了绝对检测模拟与检测实验。对参考镜面形精度不高的情况进行了仿真计算,实验中利用光阑在Zygo300 mm口径标准平面镜头中选取250 mm×300 mm椭圆形检测区域,采用150 mm口径Zygo干涉仪对上述椭圆形区域完成绝对检测,并基于上述正交化绝对检测算法对椭圆形平面镜实现了面形重构。实验结果表明,利用本文所述方法可以实现参考镜与椭圆形待测镜面的面形误差分离,绝对检测结果的残差图RMS(Root-mean square)值为0.29 nm,证明了本文所述方法的可行性。利用上述方法可以实现椭圆形平面反射镜的高精度面形重构。