激光干涉测量系统非结构性误差的分析与补偿

介绍了测量系统中双频激光干涉仪的测量原理。针对测量系统精度要求高的特点,深入分析了环境及安装因素对测量结果的影响,尤其是激光波长、镜面面形、数据延迟、反射镜安装非正交等4种干涉仪非结构性误差,研究各种误差对测量结果的影响,并给出相应的误差补偿方法。结果表明,这些补偿方法有效地消除了环境及安装误差对整个测量系统的影响。     

共光路干涉式微小楔角的绝对测量

提出一种对于微小楔角的绝对测量方法，这种方法具有很高的系统稳定性和抗干扰能力，测量速度和精度较一般光路也有很大程度的提高。     

激光横向剪切干涉应用于温度场的测量

根据大空间自然对流水平圆管上部上升的羽状烟柱区不符合边界层假设而导致各种解之间差异的问题,提出了利用横向大剪切量干涉实验装置来实现温度场的光学测量,得到了自然对流水平圆管在不同壁温时的实时条纹。利用彩色条纹图像中RGB原始数据中的R分量的峰、谷极值点的坐标来识别明、暗条纹并得到了全场的级数分布,以此反演出全场温度分布。实验结果表明:当圆管直径d为15.6mm、剪切量s为24.2mm时,实验得到的干涉条纹类似于利用全息干涉或马赫-曾得干涉原理得到的无限宽简单条纹;干涉条纹分辨率达到75.64pix/mm;利用横向大剪切量干涉法能够准确快速地反演全场温度分布,为工程热物理分析提供相关数据。     

恢复横向剪切干涉原始波面的新方法

介绍了一种由横向剪切干涉信号（相位差、光程差或高度差）恢复原始波面（相使差、光程差或高度差）的新方法。在理想情况下，利用离散傅里叶变换及其性质，能精确恢复原始波面。使用该方法不仅在理论上可以深入地研究横向剪切干涉的性质，它的灵敏度和误差传递，以寻求最佳剪切量、最佳工作条件，发挥横向剪切干涉特有的长处；而且在某些实际的横向剪切干涉仪数据处理中，也显示了良好的应用前景。     

共光路双频外差干涉法测量模拟磁头磁盘静态间隙

提出了一种共光路外差干涉测量模拟磁头磁盘静态间隙的方法，该方法以低频差横向塞曼双频激光器作为光源，采用专门设计的双折射透镜分光和相位测量技术，实现了对光波半波长的3600细分，从而使测量分辨率达到0．1nm。原理实验结果表明，该系统在无恒温的普通实验室条件下，1h内稳定测量实验结果漂移小于4nml利用压电陶瓷（PZT）微动工作台（步进分辨率1nm）驱动反射镜（模拟磁头）产生位移，在1μm范围内与该系统测量结果进行比对，得到线性相关系数优于0．9998。     

对称共路外差干涉法测量硬盘磁头飞行高度瞬态调制

在线检测硬盘磁头飞行高度(FH)是高密度磁存储技术商品化的重要环节。提出了一种对称共路双频外差干涉测量硬盘磁头飞行高度的方法,用于在线检测磁头飞行高度瞬态调制变化。采用横向塞曼激光器作为外差光源,结合高速相位测量技术,可实现对磁头飞行高度高分辨率(0.1 nm),高采样频率(100 kHz)直接在线溯源测量。通过对称布局的两路差动干涉仪结构,系统能自适应补偿环境振动等扰动引入的随机误差以及盘片复杂运动引入的阿贝误差,还可兼容透射式玻璃盘片模拟条件下的硬盘磁头飞行高度的测量。结果表明,当盘片的偏摆在1.2μm时,系统可清晰描述小于10 nm的飞行高度调制现象。     

大行程位移台干涉测距系统的误差补偿

双频激光干涉仪作为常用的精密光学非接触式测量设备,具有精度高、抗干扰能力强、灵活性好等优点。然而环境温度变化、机械振动等因素可能会影响其测量结果的准确性,并且影响程度会随着测量光程的增加而增大。针对基于双频激光干涉仪的大行程位移台测距系统,首先研究了位移台测距系统的测量原理,然后针对系统存在的各项误差进行了分析和补偿,最后,对系统进行综合误差补偿实验,短时间补偿量达到10^-8 m量级,且时间越长补偿效果越好。该方法较现有的误差补偿方法更为完整,补偿量更大。     

会聚光横向剪切移相干涉

为了检测长光程情况或多组分光学镜头逐片装校中的波面,提出一种以会聚光波直接作为干涉测试光源的会聚光移相剪切干涉方法,阐述了基于迈克耳孙干涉仪原理的会聚光横向剪切干涉光路,建立了会聚光横向剪切波面的数学表达式,并与一般横向剪切干涉相比较,分析了剪切量和波面偏移量的特征,且引入移相干涉技术求取剪切波面.结果表明,会聚光横向剪切移相干涉测试,能够实时测试会聚光的波面质量,峰谷值(PV)的重复性为0.022λ,均方根(RMS)值的重复性为0.014λ,并与Zygo干涉仪的测量结果进行了对比,验证会聚光剪切移相干涉的可行性.     

路径导引的四波横向剪切干涉波前重构方法

为了解决区域法在四波横向剪切干涉波前重构过程中噪声误差沿积分路径累积影响波前重构精度的问题,本文提出了一种路径导引的四波横向剪切干涉波前重构方法。首先分析了噪声环境下无积分路径导引的区域法波前重构存在噪声误差累积的缺陷,然后在此基础上建立了基于差分相位导数偏差的积分路径评价图模型,并给出了基于积分路径导引的波前重构算法流程。为了验证所提方法的有效性,本文进行了理论仿真研究,结果表明在不同信噪比噪声下所提方法能有效地阻止噪声误差的传播和累积。搭建了基于纯相位型液晶空间光调制器的实验验证装置,实验结果表明：所提方法重构波前与理论波前残差的RMS相比无积分路径导引区域法重构波前与理论波前残差的RMS降低了39.7%,且所提方法重构波前PV值与理论波前PV值的偏差相对无积分路径导引区域法重构波前PV值与理论波前PV值的偏差减小了1.6943λ。所提方法可为提高噪声环境下四波横向剪切干涉波前重构精度提供一种有效方法。     

十三步光栅横向剪切干涉相位复原算法

光栅横向剪切干涉仪能够实现超高精度检测光学系统的波像差,是当前光刻镜头研发的重要组成内容之一。零级串扰和相移误差是影响光栅剪切干涉仪检测精度的两个主要因素,为此,提出了一种十三步光栅剪切干涉相位复原算法,在消除零级串扰的同时,还能够极大地降低对相移误差的苛刻要求。分析表明,当相移误差不大于25°时,相位复原误差小于0.01°(即2.8×10-5λ)。对于λ=193.386nm,相位复原误差小于0.005nm。因此,通过系统误差校正,光栅剪切干涉仪检测光刻镜头系统波像差的精度能够达到亚纳米级。     

基于横向剪切的四向最小二乘相位解包裹算法

为了解决相位变换过快导 致相位离散梯度不连 续及解包裹中欠采样的出现,本文将横向剪切干涉技术引入到四向最小二乘相位解包裹算法 中。通过对包裹相位 建立二维复光场,对复光场进行剪切,一方面可以排除相位截断的干扰,另一方面剪切的引 入可以提高算法对严 重包裹相位的处理能力。实验结果表明,本文算对恢复相位信息有较好的 效果,同时具有四向 最小二乘的抑制误差传递的优点,且适合于对部分区域变化过大的相位进行解包裹。     

基于菱形高斯组合窗滤波的四波横向剪切干涉相位重建

针对四波横向剪切干涉(quadriwave lateral shearing interference,QLSI)相位重建中现有常规滤波窗提取差分相位时存在易受噪声、频谱泄漏和其他级次频谱串扰影响等问题,提出了一种采用菱形高斯组合窗滤波的相位重建方法。通过由频谱面内的菱形窗和垂直于频谱面的一系列二维高斯窗组合而成的滤波窗,从QLSI干涉图中提取两正交方向的差分相位,最终由两个差分相位通过基于最小二乘的傅里叶变换法重建出待测相位。采用标准样品进行实际测量,比较了使用菱形高斯组合窗和其他四种常规滤波窗滤波对重建相位的重建相位差、均方根误差(root mean square error, RMSE)和峰谷(peak to vally,PV)误差的影响。结果表明:本文提出的方法重建相位的相位差最接近样品标称值,重建相位的RMSE误差和PV误差均取得最小值,可以有效提高相位重建质量。     

流场显示中的NYAB激光动态剪切干涉术

本文报道把微型的NYAB(硼酸钕钇铝)自倍频激光器用于风洞流场动态剪切干涉测量的工作。     

反远距成像相移剪切散斑干涉检测系统

为了扩大传统剪切散斑干涉仪的检测视场,设计了一种反远距成像迈克尔逊式剪切散斑干涉系统。采用负透镜组与标准成像镜头组成反远距成像系统,分析了光路的成像参量,并利用ZEMAX软件进行了模拟;讨论了发散光路时间相移的非均匀性,采用等步长相移算法进行相位解算可以弥补非均匀误差;并对中心加载的橡胶平板进行了测量。结果表明,该系统能有效地扩大成像视场,采用3片焦距为-75mm的平凹镜片可以实现70°视场角的散斑干涉检测,通过调整平凹镜片的焦距和数量可以实时调整成像视场。     

用剪切散斑的载波法实现对物体微小形变的快速检测

根据剪切散斑干涉条纹为离面位移对剪切方向导数的等值线的关系,本文将剪切散斑的空间载波法与对理论离面位移的求导相结合,对标准试件进行检测,通过将实验值与理论值相比较,验证了在工程现场检测中空间载波法能应用于精度要求不高的场合。     

Twyman-Green型横向剪切干涉仪的原理和应用

本文介绍了一种新型横向剪切干涉仪的工作原理。该干涉仪使用Twyman-Green干涉仪作为分束器,光栅作为检测元件,并利用实时Moire差分法消除干涉仪的系统误差。这种干涉仪的优点在于灵敏度可调,抗振性强,易做成大口径。利用这种干涉仪检测超高音速风洞中的流场和真实火箭燃气射流,取得了一些重要结果。     

光学元件面形的环路径向剪切干涉检测方法研究

提出了将环路径向剪切干涉(CRSI,Cyclic Radial Shearing Interferometry)术应用于光学元件面形检测的新方法.设计了基于环路径向剪切干涉检测光学元件面形的光路系统.根据环路径向剪切干涉法的波前重建算法,模拟计算了任意波前的重建情况,同时在基于开普勒望远系统的环路径向剪切干涉仪上实际测量了一个已知光学元件的面形.结果表明,文中提出的波前重建算法和采用的光路系统可用于实际光学元件面形的准确检测,系统的重复性也得到了研究.     

旋转剪切频闪散斑干涉法测量物体的固有频率

提出一种测量物体固有频率的新方法--旋转剪切频闪散斑干涉法.该方法能方便地测量振动物体的固有频率,具有较高的精度、全场显示、条纹可见度好等优点,给出了理论分析和实验结果.     

Surface measurement of the TRAO 14 meter antenna with a shearing interferometry

We employed shearing interferometric technique to the TRAO 14 m antenna to measure and improve the surface figure. For the first time. this technique is combined with a 150 GHz band heterodyne receiver having a narrow IF band width of 500 MHz and results in the improvement of surface to 60 µm at a 0.9 m spatial resolution. The beam efficiency measured after this correction is increased from 36% to 44% at 150 GHz. It was found that the technique is very useful in measuring and correcting, at least, the large scale surface figure of an antenna in an economical way.     

频率扫描干涉中参考干涉仪的非线性误差分析

针对频率扫描激光干涉测距系统的参考干涉仪中存在的大量光学元件会产生非线性误差,本文基于偏振分光镜(PBS)的非理想分光性能分析了非线性误差的产生机制,推导出PBS非理想分光性能条件下的非线性误差模型,并提出了消除非线性误差的改进方法。利用MATLAB进行建模仿真表明,PBS非理想透射率和反射率对非线性误差的影响为二次谐波,透射率和反射率相差越大,非线性误差越大,当二者值相等时非线性误差大幅减小。当PBS反射率为0.90且透射率为0.97时,用传统的正交检测方法产生最大为383.3 kHz的非线性误差,而采用本文提出的方法只存在5.3 kHz的线性误差。