径向剪切干涉测量激光光束波前的研究

详细论述了环路径向剪切干涉（cyclic raial shearing interferometry,CRSI）测量激光光束波前的原理,介绍了傅立叶变换空间载波条纹相位提取方法,以及畸变波前的重建算法,给出了数值仿真结果,并且进行了实验研究,验证了该方法的有效性.     

大口径光学元件波前调制的PSD模拟分析

PSD(Power Spectral Density)作为一种新型、有效的评价参数已被广泛用于大口径光学元件表面加工质量评价.由于它具有在频域内对波前畸变进行描述的功能,使得在不同频率范围内对波前畸变分别进行分析成为可能,进而可以更有针对性的对中频波前畸变(造成小尺度自聚焦这类非线性危害的主要畸变频段)进行有效的控制.本文利用PSD的频谱描述功能对其进行了较深入的分析、运算,对高功率激光系统的激光波前以及不同的调制情况进行了初步的模拟计算.分别得到了不同调制频率和不同调制深度情况下的PSD曲线及其变化规律,初步明晰了PSD曲线对不同调制频率信息和不同调制深度信息的响应情况.(OH17)     

基于光学干涉法的光学元件表面粗糙度检测技术

为实现光学元件表面微小粗糙度的精准、详细检测,研究基于光学干涉法的光学元件表面粗糙度检测技术。该技术采用基于集成光学干涉成像技术对光学元件表面干涉成像,通过改进的Niblack二值化算法提取元件表面干涉图像条纹信息,并基于节点迭代的去毛刺方法细化处理干涉条纹,利用最小二乘方法拟合干涉条纹,获取最小二乘拟合直线得出评定基准,建立评定表面粗糙度的高度参数和间距参数的数学模型,完成粗糙度检测。测试结果显示:该技术干涉成像能力较强,生成的光学透镜元件干涉图像弧度与边缘较为清晰,可有效去除干涉条纹毛刺,检测光学元件表面粗糙度时的真正类率最大数值已达到1.0。     

全息光学元件的光线追迹

推导了适合于光学设计／评价程序编程的复杂全息光学元件的光线追迹公式和算法，复杂全息光学元件指记录波前为非球面和面形亦为非球面。     

利用液晶电视的位相调制特性补偿畸变波前

分析了液晶电视(LCTV)的位相调制特性,采用将液晶电视和能产生台阶波前畸变的位相物体同时置于环路径向剪切干涉(CRSI)装置入射光路中的方法,在液晶电视屏上输入可产生畸变波前对应的互补波前的灰度图。实现了台阶结构畸变波前的补偿。     

光波波前畸变测量系统的设计

本文基于Shack-Hartmann传感技术设计了一种测量光波波前畸变的测量系统。首先,对Shack-Hartmann传感技术的测量原理进行了详细地介绍;其次,对测量系统的测量原理和系统方案等方面进行了研究;最后,将普通光源照射该系统,对其波前畸变进行测量。实验结果表明:该测量系统基本满足光波波前畸变测量稳定可靠、精度高、实时性强等要求。本文的研究对Shack-Hartmann传感技术在自适应光学系统中的应用具有很大的参考价值。     

基于自适应光学的大气光通信波前校正实验

为了缓解大气光通信中由于大气湍流的影响而产生的波前畸变、反射等严重影响通信质量的现象,文章采用了自适应光学技术,即对畸变波前进行重构后再利用反射变形镜进行修正的方法,从理论分析、实验研究方面开展了自适应光学修正传输波前的研究工作。研究结果表明：在相同实验条件下,在保持链路误码率定量为（1×10-6）时,使用自适应光学技术比不使用时系统发射功率减小了50%。在近地大气激光通信中,自适应光学技术在增加系统增益,减小系统误码率方面效果显著。     

基于复用计算全息元件的多阶模式偏置波前传感器

提出利用复用计算全息元件实现多阶模式同步的偏置模式波前传感器。对基于复用计算全息元件的多阶模式偏置波前传感器进行了理论分析。为了实现复用计算全息元件,分别编码设计了包含4阶,10阶和20阶Zernike像差模式的复用计算全息图,讨论了复用计算全息图设计中几个关键问题。数值模拟研究了复用计算全息图对单阶和多阶像差模式的探测性能。结果表明,在一定探测范围内,传感器能够响应与全息图内预先记录像差模式相同的待测像差模式,且每一个模式的灵敏度都不同。全息图内记录模式数较少时,单阶模式探测的灵敏度较大;记录模式数越多,模式之间擦除效应越严重,单阶和多阶模式灵敏度都受到一定影响。     

大剪切量干涉的二维波前重建

提出一种基于模式展开和最小二乘拟合的算法，可以从大剪切量差分波前快捷地重建原始的二维波前。在傅里叶模式展开理论的基础上，从横向剪切干涉获得的差分波前，通过最小二乘拟合，可以计算出待测波前的傅里叶变换系数，重建出原始波前。针对大剪切量带来的差分相位数据维数减小的问题，提出了数据预处理方法。这个算法解决了已有的傅里叶模式估计理论中要求剪切量等于采样间隔的限制，可以应用于大剪切量干涉条件下的二维波前重建。     

实时数字全息测量温度场研究

利用数字全息干涉术研究了气流温度场的分布,对实验中所采集的干涉条纹图像进行傅里叶变换,数字低通滤波和傅里叶逆变换处理以消除散斑噪声影响,确保了气流场干涉条纹相位信息的高对比度和低噪声,并对其进行提取和展开;根据理论研究的相位与折射率的关系求得气流场的温度分布,实验结果与热电测量的结果基本一致,表明了实时数字全息干涉术是一种测量温度场的有效方法,具有极好发展和应用前景。     

多光纤全息干涉法制作光子晶体

全息干涉法是一种结构简单、快速的光子晶体制作方法。多光纤干涉法无需使用扩束和分束装置,进一步简化了装置的构成。文中理论模拟了双光纤和三光纤干涉所形成的全息光子晶体结构,并考虑光纤强度的不均匀对光子晶体晶格结构的影响。实验上采用双光纤和三光纤干涉装置实现了光子晶体结构的观察和记录,并与理论结果进行比较,实验与理论吻合的很好。而且,在此方法的基础上,精密控制光纤出射端的位置进行扫描光刻,可以实现不同周期、不同尺寸的大面积光子晶体的制作。     

数字全息干涉位移场分离研究

提出了一种基于窗口傅里叶脊的离面与面内位移分 离方法,应用于数字全息的多分量干涉相位场 分离。首先,物光束对称照射待测物体, 参考光束直接照射CCD靶面,由CCD相机记录物体变形前后的两幅离轴数字全息图;然后,采 用菲涅尔衍射积分法再现物体变形前后的复物光场,再由两幅复物光场共轭相 乘构建干涉场,利用幅度区分准则和窗口傅里叶变换处理复干涉场,通过窗口傅里叶脊值的 搜索,提取不 同灵敏度矢量物光对应的干涉相位分量;再对干涉相位场进行简单数值运算,将面内与离面 位移场分离出 来。最后,对周边固定、点加载、绕轴向旋转的Al制圆盘三维位移场进行实际测量。实验结 果验证了本文方法的有效性。     

用激光全息法研究Ⅰ型裂纹尖端附近横向应变

本文根据全息干涉计量学和断裂力学的的基本理论,研究裂纹尖端附近的横向应变,给出了全息干涉法研究裂纹尖端附近横向应变曲线并与力学理论得到的曲线进行比较,有较好的近似。     

实时全息干涉位移测量的自动化

实时全息干涉法可以观察记录整个测试过程中条纹图的动态变化,在传统的位移测量应用中只能通过条纹的变化给出定性分析结果。简述了实时全息干涉法进行微小位移测量的原理,根据实时全息干涉条纹和希尔伯特变换的特点,提出了利用希尔伯特变换法进行实时全息干涉位移测量的定量分析方法。实验表明：利用希尔伯特变换法可以自动提取实时全息干涉测量过程中全场各点在任意两个时刻间的相位变化傅,从面塞零位移测量鲍自动化、定量化。     

数字全息显微测量中相位畸变的矫正方法

针对微尺寸(1 mm)透射型物体的数字全息显微测量中存在的相位畸变问题,提出一种相位矫正方法,通过改进预放大离轴菲涅耳数字全息记录光路以及全息图的卷积再现算法,消除了相位分布的一次畸变和二次畸变.使用该方法测量USAF1951分辨率板,成功矫正了其再现像的相位畸变,并得到了横向尺寸0.25 mm区域的清晰相位分布三维重建图.该方法的优点在于通过对记录光路和再现算法的改进,矫正相位畸变,直接得到正确的再现像相位,简化了相位补偿计算的步骤,很大程度地降低了相位重建过程的复杂程度,有利于对物体进行实时探测和快速重建.     

数字全息变焦系统测量液晶空间光调制器相位调制特性

针对液晶空间光调制器(LC-SLM)应用于光信息处理等诸多领域的前提是必须准确测量出其相位调制特性曲线,本文利用全息干涉计量原理和数字全息变焦系统,提出了一种测量LC-LSM相位调制特性曲线的新方法,只需拍摄两幅数字全息图就能获得完整的相位调制特性曲线,并能够消除系统误差,从而降低对光学元件和调试精度的要求,且不需要完成衍射计算。介绍了相关的测量原理,给出了具体的实验测量过程、计算方法,实验结果表明,本文方法具有系统简单、可以消除系统误差和快速的优点。     

单检偏器数字散斑干涉偏振相移方法

针对曾经提出的数字散斑干涉时间偏振相移方法［1］所存在的结构复杂、操作不便等不足,提出了一种优化的数字散斑干涉偏振相移方法。不同于原先方法需要两组固定波片和可动检偏片,本方法仅需一组固定波片和可动检偏器即可实现相移,因此系统结构和操作过程都更加简单,且减少了光路调节不准所带来的相移误差,相位图质量更高。实验结果显示,结合传统的三步、四步、五步相移算法,基于单检偏器偏振相移器的数字散斑干涉方法能够获取质量较好的相位图,因此证明了这种方法可有效替代原方法。     

Noise reduction method using a variance map of the phase differences in digital holographic microscopy

The phase reconstruction process in digital holographic microscopy involves a trade-off between the phase error and the high-spatial-frequency components. In this reconstruction process, if the narrow region of the sideband is windowed in the Fourier domain, the phase error from the DC component will be reduced, but the high-spatial-frequency components will be lost. However, if the wide region is windowed, the 3D profile will include the high-spatial-frequency components, but the phase error will increase. To solve this trade-off, we propose the high-variance pixel averaging method, which uses the variance map of the reconstructed depth profiles of the windowed sidebands of different sizes in the Fourier domain to classify the phase error and the high-spatial-frequency components. Our proposed method calculates the average of the high-variance pixels because they include the noise from the DC component. In addition, for the nonaveraged pixels, the reconstructed phase data created by the spatial frequency components of the widest window are used to include the high-spatial-frequency components. We explain the mathematical algorithm of our proposed method and compare it with conventional methods to verify its advantages.     

基于干涉原理和图像处理方法的浓度变化分布测量

利用数字全息干涉技术测量了电极过程中电极/溶液界面处溶液的浓度变化分布。以铁电极在0.5mol/dm3硫酸溶液中恒电位电流振荡的活化过程为例,测量了反应初始时刻1.6s内铁电极界面处的溶液浓度变化情况。由于在全息干涉测量中引入载波条纹,所以能够方便地应用傅里叶分析方法分析计算干涉条纹的动态变化。通过对全息干涉图像序列的分析计算得到了电极反应过程中溶液浓度变化所引起的物光相位变化,并把相位差分布用来描述浓度变化分布。计算结果显示,在反应进行到1.6s时,溶液浓度变化引起的物光峰值相位差为41.2rad,相应的溶液折射率改变量为0.0021。重建图像比较直观地再现了反应过程中溶液的浓度变化、扩散层厚度等信息,从而为动态半定量分析和检测浓度变化提供了一种新的方法。