光学干涉图像区域分割技术研究进展

干涉图像区域分割属于重要的干涉图像预处理步骤,目的是从干涉图像中提取出有效数据区域。干涉图像区域分割广泛存在于各种数字波面干涉仪的实验测试和数据处理中,对于精确波前复原以及相位解包裹可靠实施具有重要影响。介绍了3类常见干涉图像的区域分割技术,包括单帧干涉图、同步移相干涉图和横向剪切干涉图,并系统总结了相关研究进展、展望了该领域研究趋势。     

双频激光合成波长干涉仪的精确定位方法研究

本文构筑了一种在同一干涉仪中可同时实现大范围和高精度纳米测量的双频激光合成波长干涉仪;针对该干涉仪的光路结构特点,提出一种新的粗精定位相结合的干涉信号同相位检测方法,实现了对不同频率干涉信号的同相位检测;实验测量结果表明该定位方法能够实现0.41nm的定位精度.     

一种新型的全光纤速度干涉仪实验研究

全光纤可测量任意反射面的速度干涉仪,对强动载下的界面运动速度测量具有重要意义.基于传统光纤速度干涉仪的特点,设计了一种新型全光纤速度测量系统.该系统不仅能消除延迟线圈的分布式相位调制噪声,还能得到高条纹对比度的干涉信号.采用偏振分束器替代耦合器,应用琼斯矩阵法分析推导了偏振分束器能够消除系统中的非相干光束原理.振动台表面速度测量的实验结果表明,该系统能得到89.1％条纹对比度的干涉信号,大幅提高系统信号噪声比,并且相比Levin结构的传统干涉仪能抑制延迟光纤线圈的相位噪声超过30 dB.     

用于CNC位置环测量的外差激光干涉仪的研究

提出了用声光调制器实现的外差干涉仪,采用了相位变化整数周期和周期测量的外差干涉信号处理方法,不仅使干涉仪的测量分辨率提高到λ/2000,同时提高了测量镜允许运动速度,解决了用于大动态范围位移的态动测量问题。该外差干涉测量系统可以用作精密数控中位置环的测量手段。     

计量型原子力显微镜的位移测量系统(英文)

针对纳米结构表征和纳米制造的质量控制需要,中国计量科学研究院设计并搭建了一台计量型原子力显微镜用于纳米几何结构的测量.为了将位移精确溯源到国际单位米,研制了单频8倍程干涉仪测量位移,样品表面形貌则由接触式原子力显微镜测量.一个立方体反射镜与原子力显微镜的测头固定,作为干涉仪的参考镜.两个互相垂直的干涉仪用于测量样品与探针在x-y方向的相对位置.样品台置于具有三面反射镜的零膨胀玻璃块上,由压电陶瓷位移台驱动.另外两台干涉仪测量样品与探针在z方向的位移,探针针尖位于干涉仪光束的交点以减小Abbe误差.由于光学器件的缺陷产生的相位混合会引起非线性误差,采用谐波分离法拟合干涉信号来修正误差,修正后干涉仪测量误差减小为0.7 nm.     

激光干涉动态角度测量系统中指零仪的设计

激光干涉动态角度测量中如何建立一个固定不丢失的零点是动态整周角度测量中的一个关键问题.本文针对所研制的光栅楔形平板干涉动态角度测量系统,提出了一种新的干涉指零仪,基于泰曼格林型双光束干涉的基本原理,采用道威双棱镜作为分光镜,用光电元件接收干涉信号.由于采用双光束干涉测量原理,该方法定位精度较高,而且可以自动确定动态测量的零点,操作方便.实验表明,定位精度优于0.5″.     

用于机械变形分析的全息照相系统

据瑞士刊《精密技术》1972年报道,一个英国制造公司已生产出一种Optel型全息照相干涉度量系统。这种系统可进行象0.5个光波长那样小的机械位移定量分析,而且可将此值插补到10分之一的数值。此系统适用于很多方面的静态和动态测量。它现正用于航空工业的透平转子叶片的检查。 Optel型全息照相干涉仪包括一个气体激光器和一个由分光器、滤光片组成的光学系统,其中分光器将激光束分成两束光束。一束是参考光束,另一束照在被测物体上,并在全息底片上形成干涉条纹。当通过显影后的底片     

BEPC储存环同步光束流测量光学系统

概括了同步光束流测量的特点,简单描述了北京正负电子对撞机(BEPC)现有同步光束流测量系统.根据BEPC改造对同步光束流测量系统提出的最新指标,提出了改造原有系统的新方案.对同步光引出镜进行了全新设计;采用高分辨率面阵CCD实现束团横截面尺寸测量、束团强度测量和束团位置检测;采用条纹相机实现束团纵向长度的测量;利用Zemax程序对新方案进行成像质量分析,束团纵向长度测量分辨率为2ps,束团横截面尺寸测量分辨率为20μm.     

激光球面干涉仪系统误差的测量

为了定标测量系统、提高测量精度,在简要论述了激光球面干涉仪的原理以后,采用移相技术,获得了四幅干涉图,并提取出范围在[-π,π)之间的相位。然后,利用相位消跳变算法,展开得到连续的相位。最后经过消倾斜和离焦等后继处理,得到了系统的波面误差。     

光谱仪动镜倾斜误差分析及其动态校正技术研究

采用了双光束干涉的迈克尔逊干涉仪系统的傅里叶变换红外光谱仪,在动镜运动过程中,动镜可能在三个方向发生倾斜。通过建立干涉面光强分布的二维数学模型,确立了干涉图函数的数学表达式,从调制度、相位误差和频率噪声的角度,对动镜倾斜误差进行了系统分析。在误差分析的基础上,对动镜容许的最大倾斜角度进行了讨论,并对其动态校正技术的要点做了分析。     

Accurate measurement of the refractive index of air

An interference refractometer for absolute measurement of the refractive index of air has been developed. It is essentially based on components of a commercial Zeeman type laser interferometer system and uses a differential interferometer and a vacuum chamber with four measurement cells. The resolution and accuracy of interference phase interpolation is improved by an electronic phase meter and a detection technique which compensates for interferometer non-linearity. The system has been designed for an accuracy of a few parts in 10⁸. Experimental investigations of individual components and comparison measurements with pure gases, with Edlén's formula and with the BCR interference refractometer confirm this goal.     

白光干涉表面结构测量仪的优化设计与应用

为测量微机电系统的表面结构,研制了一种基于白光干涉法的表面结构测量仪。设计了显微干涉仪,通过实验分析了显微干涉仪关键设计参数中的光源带宽、物镜数值孔径、孔径光阑大小对垂直扫描白光显微干涉测量中干涉条纹光强分布的影响;设计了Z向一维位移工作台,提出了一种以显微干涉图像灰度值归一化标准方差为依据的白光干涉测量条纹自动搜索定位方法。相关实验结果为白光干涉表面结构测量仪的优化设计提供了参考依据。     

Modeling and verifying non-linearities in heterodyne displacement interferometry

The non-linearities in a heterodyne laser interferometer system occurring from the phase measurement system of the interferometer and from non-ideal polarization effects of the optics are modeled into one analytical expression which includes the initial polarization state of the laser source, the rotational alignment of the beam splitter along with different transmission coefficients for polarization states and the rotational misalignment of the receiving polarizer. The model is verified using a Babinet Soleil Compensator allowing a common path for both polarization states and thereby reducing the influence of the refractive index of air. The verification shows an agreement of the model with measurements with a standard deviation of 0.2 nm. With the use of the model it is confirmed that the mean of two polarizer receivers can reduce the effect of non-linearity. However, depending on the accuracy of the polarizer angles, a second-order non-linearity remains. Also the effect of rotational misalignment of the beam splitter can not be reduced in this way.     

基于正弦相位调制的光纤干涉位移测量系统研究

针对全光纤干涉仪工作距离短、测量范围小等问题,提出了一种基于正弦相位调制的全光纤干涉系统,在参考臂通过电光调制器引入的调制参考光,与探头接收到的目标反射光产生干涉。根据锁相放大原理从干涉信号中提取出正交分量后,首先建立由正交分量构成的观测模型,通过卡尔曼滤波对正交分量的幅值和偏置进行迭代估计和修正,降低由相位延迟、调制深度漂移、寄生干扰等导致的幅值漂移和附加偏置;然后利用反正切法对反射光与参考光之间的相位差进行解调。开展了模拟干涉信号的相位解算仿真模拟和位移测量实验。仿真和实验验证了该算法解算相位的有效性。结果表明,该位移测量系统的工作距离可达到20 cm,测量精度为10 nm。     

基于倾斜入射的直角棱镜大面测量装置研究

针对直角棱镜大面测量中可以消除多重干涉背景干扰的倾斜入射测量系统,设计了一种能直接进行直角棱镜大面测量的正置式倾斜入射干涉仪装置.该装置包括相移干涉仪主机、一体化载物工作台以及一对参考平晶.讨论了直角面参与反射带来的光线簇造成的多重干涉背景误差,采用3D偏折的方法来避免全内反射光干扰直角棱镜大面测量.实验部分,组装了基...     

食用油折射率的光干涉快速测量方法

折射率是食用油品质的一项重要指标。为测量食用油折射率,基于泰曼-格林干涉仪,在室温20℃、光源波长632.8nm条件下,通过面阵CCD相机拍照获取食用油的干涉条纹图像,并利用图像处理技术,快速测量出不同食用油样品干涉条纹的移动量,进而求得其折射率。对几种常见的食用油进行了测量,得到花生油、玉米油、大豆油、菜籽油、橄榄油以及葵花和玉米油1∶1混合后的折射率分别为1.470 9、1.473 5、1.472 9、1.471 8、1.469 4、1.473 8。结果表明,利用该方法能够对食用油折射率进行快速测定,同时实验结果精度高,能为食用油品质及地沟油的现场检测提供一种简便有效的手段。     

具有隔离器功能的激光干涉仪的研究

提出了一种具有隔离器功能的激光干涉仪.既可以进行干涉测量,又具有隔离器功能,可以防止反射光回到光源,使光源保持稳定,确保了测量精度.该干涉仪由常规干涉仪和双级隔离器的结构有机的结合起来,其中某些元件合二为一,使一个元件起到双重功能的作用,同时使干涉光路和隔离光路也相互重合起来.理论分析和实验研究表明:该方案是可行的.隔离度与双级隔离器的隔离度相同,达到了48dB.该装置的干涉测量精度与一般干涉仪一样取决于激光波长,但该装置结构紧凑,简化了测量系统,实际使用更为方便.     

基于MATLAB的球面干涉仪图像处理系统设计

采用泰曼-格林干涉原理设计研制了一种非接触在线球面干涉仪,该干涉仪中的CCD摄像头可产生分辨率比较高的干涉条纹图像。重点介绍了用MATLAB图像处理软件对该干涉条纹图像进行数字化处理的基本方法,通过对干涉条纹图像进行预处理、提取骨架,最后用Zernike多项式拟合出被检球面的波面函数,计算出PV和RMS。通过MATLAB编程实现了对该球面干涉仪检测信号的自动化处理。     

Simultaneous false-colour imaging of birefringence, extinction and transmittance at camera speed

A polarized light imaging technique is introduced that simultaneously captures and unfolds transmittance, fast/slow axes directions and birefringence or linear dichroism from single camera exposures. The technique, based on the rotating polarizer method, is capable of sampling an object through polarizers at four different angles in a single image with the use of an image multiplexer. The range of possible applications is demonstrated with examples from the fields of biology, medicine, forensics and material sciences.     

光学综合孔径干涉成像技术

闭合相位技术、U-V覆盖技术和像重构技术是光学综合孔径干涉成像的三个关键技术.文中详细介绍了闭合相位技术的原理、U-V覆盖技术(包括即时覆盖和通过孔径旋转的非即时覆盖两种方法)和用于图像重构的常用方法以及用于光学综合孔径像重构的混合迭代方法,最后讨论了光学综合孔径干涉成像技术的应用.