读者信箱

<正> 答读者1.光源对光圈计算有影响吗? 光圈是用来度量光学零件面形误差的一种计量单位。光学零件的面形误差,主要指平面的平面度偏差、球面的半径误差和两者的局部误差。这些误差,在生产中一般用比较法进行检验,也就是用一标准面与零件受检面作比较,求其两者在规定范围内(一般为零件直径D)的最大偏离量,图(a)、(6)中的△h,此标准面就是样板工作面。检验原理是利用光的干涉,观察其干涉图样的条纹数和规则程度。最大偏离量△h不用一般的长度单位来计量,而用λ/2作为度量单位,λ为光波波长。将此干涉图样称光圈,其条纹数称光圈数,用N表示,     

牛顿环干涉实验的改进

研究光的干涉现象可以进一步加深对光的波动性的认识,产生光的干涉的仪器很多,牛顿环仪是一种常见的观察光的干涉的光学器件、用牛顿环仪可以观察到光的等厚干涉,对其干涉条纹有关量进行测量,便可以很精确地测得产生牛顿环干涉条纹的光学元器件的一些特性参数、用牛顿环仪可以测单色光的波长、组成牛顿环仪的平凸透镜的曲率半径,检验物体表面的光洁度和平面度.用牛顿环干涉实验测平凸透镜的曲率半径是大学物理实验中的基本实验.笔者根据多年的教学实践,认为该实验中存在一些问题,而且在数据处理方法上没有一个规范和统一的方法,本文就此进行探讨与研究.     

利用液面法超声全息装置测量声速

声波和光波一样会发生干涉现象,当平面波入射到声楔后,由于声的干涉会出现等厚干涉条纹,此干涉条纹定域在声楔上。我们可以把声楔放在液面法超声全息装置的声学成象系统的物平面位置上,稍许倾斜,就可观察到声楔上的等厚干涉条纹,然后测量暗条纹中心处的声楔厚度,就可计算出声楔材料的声速来。 在光学里,光楔的干涉条纹是反射光干涉产生的,而在此法中,声楔的干涉条纹是透射声干涉形成的。因此不能应用光学中现有的公式来计算,需要作一推导。     

基于多次平移的平面绝对检测仿真

将待测面形表示为多项式的和,通过分别沿x,y向多次平移待检光学元件得到移动前后待测元件面形差,采用最小二乘法拟合多项式系数,得到待检光学元件的绝对面形。推导了多次平移法的理论公式,并进行了仿真实验,模拟了移动次数、移动间隔和采样点数对测量精度的影响。仿真结果表明:待测平面与初始平面残差图的均方根值为5.118×10~(-13)λ,理论误差达到高精度平面面形检测要求。     

基于条纹反射的类镜面三维面形测量方法

提出了一种基于条纹反射和相移技术的类镜面三维面形测量的新方法。首先在平板显示器上显示正弦条纹,然后用CCD相机分别记录由待测面和标准面反射的正弦条纹像,通过相移得到各自的相位分布,与标准面相位分布相比较得到待测表面起伏引起的相位变化。推导了相位变化量与待测表面梯度的对应关系,分别对待测面进行水平和垂直两个方向光栅相位测量,通过计算可得到梯度分布并由梯度分布恢复待测表面面形。同时初步分析了影响条纹反射技术测量精度的因素。测量中,光栅由计算机产生,可以实现精确的相移,而且可以方便地调节光栅的周期及方向,通过预设标记点来引导相位展开有效地解决待测面和标准面的条纹对应问题。实测了建筑用釉面瓷砖表面起伏,验证了该方法的可行性。     

一种非接触测量光学零件厚度的方法

为了实现光学零件厚度的非接触测量,设计了一种基于电光扫描的非接触测量方法。采用电扫描技术控制光开关,形成半径依次减小的环状光束,经过锥透镜后在光轴上形成连续移动的光点,当光点瞄准待测光学零件表面时,反射能量出现峰值,即定位了待测零件的表面,进而获得光学零件的几何厚度。建立了测量平板零件厚度和透镜中心厚度的数学模型;从理论上探讨了该方法的测量范围和测量精度。结果表明:设定锥面镜口径为100mm,材料折射率为1.52,当锥面镜的锥角从1°变化到40°时,测量动态范围可以从5507mm变化到26mm;当测量范围为26mm时,测量精度可以达到2.5μm。该方法可基本满足目前光学零件中心厚度的测量需求。     

基于FFT的薄膜厚度干涉测量新方法

在研究二维FFT法进行干涉测试基本原理的基础上,提出一种基于二维FFT的薄膜厚度测量新方法。利用搭建的泰曼-格林型干涉系统,用CCD接收、采集卡采集,可获得被测膜层的干涉条纹图像。编制算法处理软件,可实现对干涉条纹图中薄膜边缘识别、区域延拓、滤波、波面统一等的处理,从而获得带有薄膜信息的面形分布,实现对薄膜样片厚度的自动化测量。研究结果表明：所测薄膜厚度的峰谷值为0．2562,均方根值为0．068λ,说明采用基于FFT的薄膜厚度干涉测量新方法测量薄膜厚度具有较高的精度。     

利用计数装置来记录迈克尔孙干涉仪干涉条纹的变化数

利用计数装置来记录迈克尔孙干涉仪干涉条纹的变化数杨蓉，朱桂荣，屠传士（苏州大学物理系２１５００６）精密测量长度常用的方法是将待测长度和激光波长作比较，通过干涉条纹计数求待测长度．利用迈克尔孙干涉仪得到干涉图，用感光元件把光学信号变成电信号并与其他电子...     

干涉法测量光学材料非线性折射率的方法研究

提出了一种基于楔形平板等厚干涉原理测量光学玻璃非线性折射率变化的方法。在理论分析的基础上,建立了变形的等厚干涉条纹变化△e／e与待测玻璃平片（K9玻璃）折射率变化量△nb之间的数学模型;在选取一定的实验条件下,获得等厚干涉实验测量干涉图样,并利用MATLAB对实验所得的干涉图进行图像数据处理分析计算,恢复出非线性变化光学玻璃材料的折射率变化量△nb该方法的测量精度可达10^-6。     

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。     

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。     

基于位相测量偏折术的高精度检测平面光学元件面形的方法

针对位相测量偏折术（phase measuring deflectometry,PMD）在光学元件面形的高精度检测中存在面形低阶误差控制困难等问题,介绍了位相测量偏折术检测平面光学元件面形的基本原理,对有关PMD技术的面形改进重建算法、相对检测和四步剪切的系统误差扣除方法的研究进展进行了阐述,分析了基于PMD技术实现对口径398.7 mm×422.8 mm平板玻璃的拼接检测以及平面元件中可能存在的寄生反射影响的消除方法。指出建立的6相机斜率拼接检测系统的检测精度RMS可达1 μm,利用多频条纹法和二值条纹法可有效地消除寄生反射的影响,为大口径光学平面元件的前、后表面面形高精度检测提供一种可行的方案。     

大口径标准镜绝对面形精度传递方法

提出了一种大口径干涉仪标准镜绝对面形精度的传递方法,在已知一台干涉仪参考镜绝对面形的前提下,可向待测标准镜进行精度传递。由于检测温度与使用温度的不同,待测标准镜在另一台干涉仪作参考镜时,绝对面形会发生变化,变化集中在离焦量上;在待测标准镜使用状态下,通过对经典三板互检法得到的竖直方向直线绝对面形的分析,得到标准镜使用状态离焦量的估计,以此修正直接精度传递结果,最终得到待测标准镜使用状态下的绝对面形。比较同一块光学元件在两台干涉仪上标定前和标定后的测量结果,标定后的面形差值更小且分布一致性更好,证明了本方法的有效性和可行性。     

牛顿等厚干涉平行直纹实验的设计及研究

根据薄膜干涉原理设计了等厚干涉平行直纹实验装置,以等厚干涉为基础,通过读数显微镜装置,拓展了等厚干涉在实验教学中的应用.通过测量左右对称分布且明暗相间的平行直纹到中央零级直纹的距离,可以得到平凸柱面镜的曲率半径以及液体折射率.在平凸柱面镜上平面覆盖一层待测液体,可以增大入射光进入透镜的透射率,增强透射光的光强度,提高干...     

傅立叶变换用于全息三维物体面形测量

介绍了将傅立叶变换用于全息三维面形测量的基本原理和实验装置。首先用全息干涉条纹替代投影条纹投影到待测物体上 ,在相位解调中 ,结合Gerchberg迭代算法对变形条纹进行处理 ,然后用汉宁窗口进行数字加权滤波。结果表明 ,该测量系统实验装置简单 ,测量精度高 ,速度快 ,适用于复杂大物体三维面形测量     

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。     

一种基于全息波带板的球面干涉仪

<正> 一、引言近年来,人们为了解决球面光学零件可随意地检测其曲率半径及面形误差问题,陆续研制出激光球面干涉仪和全息补偿球面干涉仪。前者有一整套结构复杂、要求极高的标准镜头,后者虽然用全息补偿板的办法降低了对标准镜头设计和加工精度的要求,但两者仍然存在着球面顶点干涉花样由于波面横向颠倒,定位不准,球径测量精度下降问题;补偿板显定影处理后条纹的不对称变异以及随被检测球面曲率半径增加而程差增大,从而造成对激光光源纵模(时间相干性)要求提高或者使干涉条纹对     

如何在激光平面干涉仪上精确测量光学面的平行度

<正> 科研工作中常用到各种平行度很高的光学件,例如研究激光频率用的法卜里——珀洛标准具必须具有二十分之一波长的平行度。因此,如何在加工过程中方便准确地测量光学件的微小楔角乃是光学工艺经常需要解决的一个问题。目前,在光学加工中激光平面干涉仪用得比较普遍,通常用等厚干涉法,即通过测量工件自身两个表面产生的等厚干涉条纹的宽度而求出光学零件平行度的方法。下表给出了λ=0.6328微米时在玻璃平板(n=1.5)和空气平板(n=1)中的楔角θ与条纹宽度B的对应数值。     

影响基于等厚干涉原理测量膜厚精度的因素分析

基于光学干涉原理的薄膜测量技术是重要的光电检测技术之一.该测量方法可获得较高的测量精度.但是在实际干涉测量中,膜厚测量的精度与所用光束的物理特性以及膜厚本身有较大关系.基于薄膜干涉的基本原理,分析了光束的发散角、薄膜厚度以及光束的入射角对基于薄膜干涉测长结果的影响,这对学生正确理解基于干涉的测量原理,掌握正确的测量方法,提高测量精度具有一定的指导意义.     

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.