位相复原技术在光学成像质量测评中的应用

对于大口径或特殊波段成像的光学系统,采用常规测试手段难以实现对光学系统成像质量的评估。而光学系统波像差是表征光学系统成像质量的重要指标之一。本文基于信息光学基础理论采用傅立叶变换和迭代算法通过对光学成像系统星点图像（光强点扩散函数PSF）计算分析,从而实现对光学成像系统位相的复原获得波像差信息。本文论述了有关的理论依据和分析计算公式;并研制了位相复原分析计算软件。通过计算机仿真与误差分析论证了研制的位相复原计算方法的正确性,复原误差小于5%。提出了在实际应用中采用此方法时减少复原误差的一种途径。通过实际采集的光学系统星点图像的位相复原实验验证了位相复原分析软件的适用性。此方法为非常规光学成像系统波相差的评估工作提供了新途径。     

极小孔径衍射波前测试分析

研制点衍射干涉仪时,小孔的形貌和装调误差会对衍射波前质量产生影响,故本文研究了采用相位复原对小孔衍射波前质量进行测评的方法。设计并搭建了衍射波前测试装置,对光纤衍射波前进行了测评实验。为了验证测试方法的有效性,分别对采集的衍射图像与重构的衍射图像,以及测试获得的振幅分布与理论计算获得的振幅分布进行了对比。结果显示。采集图像与重构图像之间的差异为0.32%,验证了采用相位复原技术进行衍射波前测试方法的有效性。同时,对干涉方法测量与相位复原结果进行了对比,二者差异仅为0.001 4λRMS。     

基于脉冲位相的红外热波无损检测法测量缺陷深度

提出了基于脉冲位相分析的数据处理方法以实现红外热波无损检测法对缺陷深度的测量.对脉冲红外热波无损检测的时间信号进行傅里叶变换(FFT),提取位相频率信息,根据热波频率与传导深度的关系完成缺陷深度的检测.以热传导较快的铝材料为例,对自行设计的深度不同的平底洞缺陷进行实验,并通过应用Matlab的FFT分析得到不同深度平底洞缺陷在不同频率下的位相曲线,同时,应用VC++得到位相序列热图.实验结果表明了脉冲位相对缺陷深度检测的可行性,缺陷实际深度与实验深度存在d≈1.98 μ的关系,同时位相图有效抑制了噪声的干扰,为材料和结构内部缺陷检测提供了一种有效处理方法.     

用于位相缺陷检测的反射式剪切点衍射干涉仪

为了实现光学元件位相缺陷的大视场、高分辨率、瞬态检测,设计了一种基于无镜成像算法的反射式剪切点衍射干涉仪。该干涉仪通过在参考光与测试光之间引入横向错位量,形成高密度线性载频,利用快速傅里叶变换算法从单幅干涉图中提取待测波面信息,实现缺陷的瞬态测量。利用无镜成像算法抑制了缺陷的衍射效应,总结了有效的缺陷类型辨别方法。实验检测了强激光系统中的一块光学平晶,验证了所提缺陷类型判据的正确性。此外,采用反射式剪切点衍射干涉仪对一块激光毁伤的光学平板进行检测,测试结果与Veeco NT9100白光干涉仪测量结果相比,相对误差为2.1%。结果表明,该干涉仪能够有效应用于检测大口径光学元件的位相缺陷。     

基于VC++的夫琅和费衍射仿真

根据夫琅和费衍射与傅里叶变换的关系,利用VC++语言强大的科学计算功能计算了单缝、矩孔、圆形孔衍射平面的夫琅和费衍射光强分布,分析其光强分布特征,以及ORIGIN可视化功能验证了上述数值计算结果的正确性。     

光栅点衍射干涉法检测Φ400mm瞬态波前

提出了一种基于光栅点衍射干涉原理的Φ400mm瞬态波前检测方法。该方法使用位相光栅在参考光与测试光中引入横向错位,即在干涉图中引入线性载频,然后利用傅里叶变换相位解调法提取待测波前。基于标量衍射理论以及傅里叶光学理论建立了瞬态波前检测方案的理论模型,推导了线性载频公式,研究了影响载频大小的因素;基于基尔霍夫公式分析了针孔衍射导致的孔径角变化与能量衰减效应,给出了位相光栅的刻蚀深度公式。实验搭建了Φ400mm瞬态波前检测装置,采集了对比度良好的高线性载频干涉图。采用傅里叶变换相位解调法恢复波面,所得波面RMS值为0.105λ。与采用SID-4波前探测器测得的波面RMS值(0.101λ)基本一致,满足了Φ400mm瞬态波前测量的要求。     

改进的傅里叶变换在Rugate滤光片设计中的应用

傅里叶变换是设计Rugate滤光片最有效的解析方法之一。然而这种解析方法内在的近似性导致了设计结果与目标结果总是存在着一定的偏差。现提出一种改进的傅里叶变换方法,提高设计结果与目标结果的逼真度。将光谱函数的模与位相作为两个独立的变量分别优化。可以在有效控制折射率范围的情况下,设计出与目标结果一致的光谱曲线。     

基于脉冲位相的红外热波无损检测测厚方法研究

为进一步实现红外热波无损检测中缺陷深度测量,提出基于脉冲位相分析的数据处理方法。对脉冲红外热波无损检测的时间信号进行傅立叶变换（FFT）,提取位相频率信息,根据热波频率与传导深度的关系完成缺陷深度的检测。以热传导较快的铝材料为例,对自行设计深度不同的平底洞缺陷给出此方法的实验结果,通过Matlab中FFT分析得到的不同深度平底洞缺陷在不同频率下的位相曲线及VC++中得到的位相序列热图,实验结果表明了脉冲位相对缺陷深度检测的可行性,缺陷实际深度关系与实验计算深度存在d≈1.98μ 的关系,同时位相图有效抑制了噪声的干扰,为材料和结构内部缺陷检测提供了一种有效处理方法。     

温度对复制光栅衍射波前的影响

本文针对复帛晃栅过程中,温度不稳定造成复制品衍射波前失真的问题进行了分析,并通过反复实验确定了复制光栅最佳时间,从而提高复制光栅的一次成品率,母板利用率和使用寿命。     

互连光栅衍射模式的设计与研究:1.矩型位相光栅

根据近年来光互连对光栅衍时模式的要求,对矩型位相光栅进行了结构设计,以产生只含有0级和±1级,或只含有±1级的两种特殊的衍射模式,分别用于实现光学蝶形互连或操纵器网络互连等。论文给出了详细的计算和实验结果。     

用于三维测量的双路点衍射干涉系统

针对在仅有一个光纤对的单路点衍射三维测量系统中,存在平行于条纹的横向方向上测量精度低的问题,提出了用于三维测量的双路点衍射干涉系统。分析了点衍射波前误差、测量探头结构布局以及三维迭代重构算法对于三维测量精度的影响,在此基础上确定点衍射源结构以及探头结构布局等最优系统参数。实验结果显示,单路点衍射干涉三维测量系统在xy方向的精度分别为亚微米量级和微米量级,而双路点衍射干涉仪系统可在三维方向上同时达到亚微米量级,验证了所提出的双路点衍射干涉系统方案的可行性和准确性。所提出的双路点衍射干涉系统有效的实现高精度三维测量,为无导轨三维位移和尺寸等测量提供了一种可行方法。     

光纤点衍射干涉仪的技术研究

提出一种用光纤实现点衍射干涉的方法,由两根光纤分别传输参考光和测试光,利用单模光纤的小纤芯所产生的高质量衍射球面波进行超精面形的测量。与传统的干涉仪相比,该方法结构相对简单,误差来源少,且不需要传统干涉仪中的高质量标准面,而是由光纤提供高精度的参考波面。     

光学波前参数的分析评价方法研究

针对飞切法加工的玻璃元件面形的评价,研究了小波变换在光学表面低频段和中频段误差的分析方法。采用小波分解变换方法将波前信号的多频率成分分离,选取小波基bior2.8,有效地提取出元件的面形信息,同时将所需的中频段信息与占主成分的低频信息分离,得到中频段的特征频率为0.18 mm~(-1)。该方法避免了频域滤波法所导致的幅频特性失真的问题,且可以更好地分析波前信号的细节和频率特性。     

基于遗传算法的波前编码相位板参数优化

波前编码(WFC)是一项使光学系统在维持相对孔径的同时扩大焦深的新技术。现以光学传递函数稳定性作为目标函数,以遗传算法作为搜索算法,优化得到一个适用于焦距f为100mm,光圈F为5,最大半视场角3°的双胶合透镜系统的波前编码相位板的修正形式的三次项系数。模拟结果表明在像面固定的情况下,传统光学系统只能在无穷远到300m内清晰成像,而经优化的波前编码系统可以在物距无穷远到5m内清晰成像,大幅度增加了光学系统的景深。     

单色点源矩孔衍射的模拟与分析

为探究更具一般性的点源矩孔衍射,先推导单色点源矩孔衍射的积分表达式,再用MatLab软件计算模拟单色点源照射矩孔产生的衍射光场,有助于衍射实验及相关理论和技术的研究。     

Linear phase imaging using differential interference contrast microscopy

We propose an extension to Nomarski differential interference contrast microscopy that enables isotropic linear phase imaging. The method combines phase shifting, two directions of shear and Fourier‐space integration using a modified spiral phase transform. We simulated the method using a phantom object with spatially varying amplitude and phase. Simulated results show good agreement between the final phase image and the object phase, and demonstrate resistance to imaging noise.     

也论分数傅里叶变换与菲涅耳衍射的等效性

介绍了分数傅里叶变换的定义及其用于光学衍射时必须满足的自洽性条件 ,推导了分数傅里叶变换的缩放性质 ;分析了菲涅耳衍射和分数傅里叶变换的等效性关系 ;运用 MATLAB程序设计语言编程模拟实现了菲涅耳衍射 ,给出了对分数傅里叶变换和菲涅耳衍射等效性有决定意义的三个参数之间的关系曲线