一种新型莫尔条纹的生成方法及应用

通过对Mach-Zehnder干涉仪光路的改装,得到了一种新型的莫尔条纹生成方法.利用CCD接收并将图像采集到计算机上进行了观测,对莫尔条纹参数和性质作了分析,最后对其应用进行了研究.     

基于莫尔干涉的激光中心波长精确检测的研究

为了提高激光中心波长检测的精确度,提出了基于正交干涉原理的静态干涉系统,由两个相互垂直的棱镜组成产生二维平面上的光程差分布,以面阵CCD取代线阵CCD,对平面上的正交干涉条纹数据进行采集.在计算分析莫尔干涉仪的光程差分布的基础上,计算干涉图像中干涉条纹的拼接及傅氏变换等,最终得到光谱分辨率.由MATLAB仿真软件分析结果可知,静态莫尔干涉系统可以产生的光程差最大为234μm,比等尺寸的傅里叶干涉体高约一个数量级.实验标定用的光谱仪选用LAB SPAKR 750A型光谱仪,针对中心波长为635 nm的半导体激光器进行测量,结果显示中心波长位置基本一致,但在中心波长附近的光谱细节上莫尔干涉优于传统干涉具.     

基于Talbot-Moiré法测量透镜焦距的莫尔条纹的图像处理

利用Ronchi光栅的Talbot效应和Moiré条纹测量了长焦透镜焦距,并根据焦距与莫尔条纹斜率之间的定量关系可求得透镜焦距.为获得条纹斜率,用CCD采集莫尔条纹图像后,利用数学形态学滤波方法进行图像滤波平滑等预处理,有效地增强了图像的对比度.通过二值化、细化获得单像素宽连通的条纹,通过对条纹进行标记,为条纹斜率的直线拟合计算提供了可靠的数据,采用这些数据计算的焦距的误差为0.10%.     

基于Talbot-Moiré法测量透镜焦距的莫尔条纹的图像处理

利用Ronchi光栅的Talbot效应和Moiré条纹测量了长焦透镜焦距,并根据焦距与莫尔条纹斜率之间的定量关系可求得透镜焦距.为获得条纹斜率,用CCD采集莫尔条纹图像后,利用数学形态学滤波方法进行图像滤波平滑等预处理,有效地增强了图像的对比度.通过二值化、细化获得单像素宽连通的条纹,通过对条纹进行标记,为条纹斜率的直线拟合计算提供了可靠的数据,采用这些数据计算的焦距的误差为0.10%.     

旋转液体反射抛物面镜

利用光学Mach-Zehnder干涉仪对旋转液体产生的轴对称抛物面的光学反射性能进行了研究.液体抛物面反射镜作为干涉仪的一个反射镜产生的球面波与另一条光路中的平面波干涉形成同心圆的干涉条纹,利用CCD相机采集干涉条纹图像,通过计算机图像处理程序得到旋转液体反射波面的形貌,实现对液体反射镜表面形状的分析.光学干涉技术的高精度特点保证了测量的准确性.     

纵向莫尔条纹在自准直仪中的应用

为了提高自准直仪的分辨力,将纵向莫尔条纹引入到光路中,用长光栅代替传统单狭缝,将长光栅成像在CCD检测器上,CCD作为标尺光栅,通过两个光栅叠加形成的莫尔条纹的变化可以将成像位移分辨率提高到亚像元,进而将自准直仪的角度分辨率提高到毫秒级.实验结果表明,相对于直接检测狭缝边缘的方法,莫尔条纹法的分辨力提高了25倍.     

用于数字莫尔干涉术的莫尔滤波合成法

提出一种新型的用于数字莫尔干涉术的快速数字莫尔合成算法———莫尔滤波合成法,使原始条纹图叠加形成的莫尔条纹图最大比例地携带了人们所感兴趣的信息。通过简单的数字图像处理就可提取出有用的空间频率信息,得到理想的莫尔条纹,减少了有用信息的损失。可应用于直接与复杂标准波面比较的场合,如非球面面形检测,轮廓测量等。     

基于快速傅里叶变换的条纹图像处理研究

为提高船体扭转角变形测量精度,对双光栅干涉测量法产生的莫尔条纹采用快速傅里叶变换频域处理。采集不同宽度的莫尔条纹图像,分别对图像进行快速傅里叶变换,对比分析图像频谱,得到实际莫尔条纹图像的有效频率信息。分析滤波器的选择原则,选用陷波低通滤波器,去除频域图像中高频噪声,获得莫尔条纹有效信息。实验结果表明,莫尔条纹的频域处理精度远高于空域处理结果,使扭转角测量精度提高到1.2″。     

基于干涉条纹图像对比法测量微位移

研究了基于迈克尔逊干涉条纹对比法测量微位移的实验。用He-Ne激光器、反射镜和分束镜组成的干涉光路,其中一个反射镜固定在被测物体上,通过被测物体的移动带动反射镜移动使干涉光路发生变化,从而导致干涉条纹的改变。在形成干涉条纹的位置利用线阵CCD采集干涉条纹图像,用序列图像对比的方法对图像进行处理和计算,得出被测物体的微位移。实验表明利用序列图像对比的方法测量微位移,方法切实可行、测量准确度高、测量的精度能够达到微米量级。     

光栅莫尔条纹特性检测仪的研制

介绍一种应用CCD进行测量的光栅莫尔条纹特性检测仪.该检测仪的结构完全开放,检测过程透明.不仅能够检测光栅副相对移动位移和移动方向与莫尔条纹移动数目和移动方向的关系,而且可以检测光栅副夹角变化对莫尔条纹宽度的影响.应用该仪器可以进行"莫尔条纹移动数目与光栅副移动位移关系测定"和"光栅副夹角变化和莫尔条纹宽度变化关系测定"两个实验,实验结果理想.     

光束漂移的莫尔条纹检测原理

针对大气湍流光束漂移，设计了一套使用莫尔条纹进行检测的系统，该系统具有检测微小长度和角度的特点，它是将光束漂移的微小角度借助条纹的方式进行放大。分析大气湍流条件下可能获得的最大条纹宽度，然后将条纹宽度和现有较好的CCD分辨率作比较。在CCD分辨率不足的情况下，采用莫尔条纹细分技术，通过适当的电路，将条纹的光信号转换成电信号，使相位变化转换为脉宽的变化，并在形成的方波中内插高频脉冲，通过测量脉冲数目可进一步实现高倍率细分，从而达到较高的分辨率，理论上系统的检测精度可达到0.025μrad。     

基于双朗奇光栅的焦距测量技术研究

随着中长焦距光学元件在光学遥感、高功率激光器和天文望远镜等系统中的广泛应用,对这类光学元件焦距的高精度测量提出要求。在双光栅干涉焦距测量技术的基础上,提出了一种新的改进算法。该算法通过Moiré条纹倾斜角度与待测元件焦距之间的函数关系得到焦距计算公式,并利用入射平面波时Moiré条纹的理想状态优化了该计算公式,解决了Moiré条纹倾角基准线的确定问题,提高了Moiré条纹角度求解精度。采用2块周期为20 μm的朗奇光栅搭建了长焦距测量装置。实验测得的透镜焦距为36.690 m,测量重复精度达0.382‰。     

基于径向剪切干涉仪的三维位移测量技术

本文提出一种基于双圆光栅径向剪切干涉仪的三维位移测量方法,其测量原理是径向剪切干涉仪所形成的莫尔条纹不仅由二维平面内位移决定,轴向位移会在+1和–1级莫尔条纹之间产生一个特定的相移.首先,基于标量衍射理论对双圆光栅径向剪切干涉仪的+1和–1级莫尔条纹强度分布进行推导,建立了三维位移量与莫尔条纹强度分布的精确解析关系;其次,在频谱分析的基础上,利用半圆环滤波器进行空间滤波,实现+1和–1级莫尔条纹的同时成像;然后,提出了从莫尔条纹图中定量提取三维位移的算法,并通过数值模拟进行验证;最后,实验结果验证了该方法测量平面内位移的最大绝对误差为4.8×10^–3 mm,平均误差为2.0×10^–4 mm,轴向位移的最大绝对误差为0.25 mm,平均误差为8.6×10^–3 mm.该方法具有装置简单、测量精度高、非接触、瞬时测量等特点,可实现三维位移的同时测量.     

基于横向莫尔条纹的自准直测角方法

本文提出了基于横向莫尔条纹的自准直测角方法,用遮光原理分析了莫尔条纹的位移放大作用.并基于该方法搭建了原理光路,得到的莫尔条纹信号稳定且能够满足测量需求.在此基础上对系统进行了定量标定,简化了数据处理步骤,实现了动态测量,系统分辨率达到10″,进一步明确将该方法应用到自准直仪中可以有效提高仪器分辨率.     

扭转角测量系统中焦距误差分析

针对莫尔条纹测量扭转变形方案，分析了双光栅在光学系统存在焦距误差时对扭转角测量精度的影响。通过在传统的莫尔条纹测量扭转角理论公式的基础上引入焦距对于光栅像的缩放效应，推导出含有焦距因子的扭转角测量模型。由模型可知,随着光学系统焦距差异的增大，对应的扭转角也会随之发生较大变化。特别当光栅夹角在小角度范围（1°～3°）内变化时尤为明显，最终影响到扭转变形的测量精度。在设计的实验中，利用2个已知焦距的光学系统，通过采集莫尔条纹图像进行扭转角精度分析，验证了该文提出的理论。     

Dynamic generation of plasmonic Moiré fringes using phase-engineered optical vortex beam

Dynamic generation of plasmonic Moiré fringes using a phase engineered optical vortex (OV) beam is experimentally demonstrated. Owing to the unique helical phase carried by an OV beam, the initial phase of surface plasmon polaritons (SPPs) emanating from a metallic grating can be adjusted dynamically by changing the phase hologram displayed on a spatial light modulator. Plasmonic Moiré fringes are readily achieved by overlapping two SPP standing waves with certain angular misalignment, excited by the positive and negative topological charge components, respectively, of a cogwheel-like OV beam. The near-field scanning optical microscopy measurement result of SPP distributions has shown a good agreement with the numerical predictions.     

A comparative study of spliced optical fibers

A fusion-spliced optical fiber is examined with a laser sheet of light. A CCD camera is used to record the transverse interference pattern from the fiber. The buckling on the fiber material in one direction of the spliced point is distinct inside the transverse interference pattern. The refractive index profile inside the fiber core, obtained at different illumination directions, is calculated using a new method showing the change in the refractive index due to fusion splicing of the fiber. A simple theoretical model is introduced to simulate the anomalous behavior in the transverse interference fringes due to a slight change of the optical parameters.     

A median-Gaussian filtering framework for Moiré pattern noise removal from X-ray microscopy image

Moiré pattern noise in Scanning Transmission X-ray Microscopy (STXM) imaging introduces significant errors in qualitative and quantitative image analysis. Due to the complex origin of the noise, it is difficult to avoid Moiré pattern noise during the image data acquisition stage. In this paper, we introduce a post-processing method for filtering Moiré pattern noise from STXM images. This method includes a semi-automatic detection of the spectral peaks in the Fourier amplitude spectrum by using a local median filter, and elimination of the spectral noise peaks using a Gaussian notch filter. The proposed median-Gaussian filtering framework shows good results for STXM images with the size of power of two, if such parameters as threshold, sizes of the median and Gaussian filters, and size of the low frequency window, have been properly selected.     

Interferometry for measuring large aspherical surfaces with holographic optical elements

Interferometry for measuring the shape of large aspherical surfaces is reported. The interference fringe pattern between the parallel reference beam and the reconstructed wavefront from the master zone plate which is drawn by an electron-beam drawing machine is recorded on a hologram plate with off-axis optical arrangement. The hologram plate used as the standard element is reconstructed by the conjugate beam in a modified Twyman-Green interferometer. Insufficient parallelism of commercial hologram plates can be compensated by this method. It is also easy to make replicas. Some experimental results are also presented.     

莫尔条纹分析在数字全息存储器中的应用

针对像素不匹配的数字全息存储器中出现的莫尔条纹现象,提出了利用莫尔条纹进行全息存储光路精确调整来实现像素匹配的方法.通过对CCD像面图像中莫尔条纹的周期和角度进行分析,得到光学系统需要的精确调整参数.实验中,实现了空间光调制器和光电耦合器阵列512×512像素的1:1像素匹配,该方法能提高读取速度并降低误码率.