高精度激光倾角测量技术研究

本文提出了一种高精度激光电子二维倾角测量技术,该技术利用液体表面多次光反射,将倾角变化转换成激光光斑的位移,并通过多次光学反射实现光学放大,从而实现了倾角和倾角变化的高精度测量.利用本技术实现的倾角测量仪器具有测量精度高、体积小等优点,经过标定试验系统测量精度达到2.5″.高精度激光电子二维倾角测量系统可广泛应用于水坝安全监测工程、各种建筑和检测领域.     

激光数字光学平面玻璃表面检测系统技术研究

干涉波面数字化和测量分析处理方法是激光数字平面检测系统中的核心技术,只有掌握了此核心技术的关键内容,才能够真正实现对光学平面的快速高精度检测。对光学干涉波面的拟合函数系的选择、拟合算法、系统像差以及被测表面平面误差类型进行了理论分析和算法优化,并进行了实验测试,完成了系统的构建。发现了Zernike多项式阶选择法则,提出被测光学表面误差类型的判别标准以及一种全新的在“Zernike像差空间”确定激光数字光学平面检测系统精度的理论和方法,为实现检测自动化奠定了理论基础。     

一种线性相位反演波前测量方法的原理和性能初步分析

对一种基于线性相位反演的新型波前测量方法的基本原理和性能进行了研究。事先对成像光学系统的自身像差进行定标并记录下定标图像。传感器工作时只需测量出有像差时的一幅远场图像与定标图像的差,就可以用线性矩阵相乘方法得到待测像差对应的泽尼克多项式系数。讨论了这种线性相位反演波前测量方法中确定泽尼克模式复原矩阵的方法。以大气湍流畸变波前像差的测量为例,对这种线性相位反演波前测量方法进行了数值仿真研究。结果表明,这种线性相位反演算法具有空间分辨力高、对小像差测量精度高的特点,但测量动态范围有限。这种线性相位反演波前传感器将适用于自适应光学闭环系统。     

光电智能脉搏测量系统的研究

采用光电传感器对脉搏波信号进行测量,利用ATmega8单片机作为控制器的智能脉搏测量系统,实现了指尖脉搏波的信号提取,并对所获取的信号进行处理,通过微机接口将数据采集、存储并显示出来,为进一步诊断和分析提供可靠的信息。     

衍射光学元件衍射效率的测量

根据衍射光学元件衍射效率的测量原理,建立衍射光学元件衍射效率测量的双光路装置,简要介绍了双光路测量的优点。针对衍射光学元件衍射效率的测量装置,讨论了影响衍射效率测量精度的因素,合理地选择测量装置中的针孔光阑,即可以让主衍射级次的光全部通过被探测器接收,又可以滤掉次级衍射光,保证测量结果的准确度。针对所设计研制的一个折衍射混合成像光学系统,测量了可见光波段3个激光波长的衍射效率,并对测量结果进行了模拟和分析。在473～632.8nm波段范围内任意一个波长处,衍射效率的测量结果同理论值的偏差均小于5.0%。实验证明,双光路测量装置可以用于测量衍射光学元件的衍射效率。     

大口径光学元件波前功率谱密度检测

波前功率谱密度（PSD）被用于评价惯性约束聚变激光驱动器光学元件在中频区域的波前误差。高功率固体激光装置对大口径光学元件波前质量的要求有别于传统光学系统,要求对波前误差进行较高空间频率的测量。探讨了大口径光学元件波前的高空间分辨率检测技术,采用大口径相移干涉仪作为波前检测仪器,通过傅里叶变换获得波前一维功率谱密度分布。对惯性约束聚变激光驱动器的典型光学元件进行了波前功率谱密度的的检测和分析。     

自由曲面光学透镜的图像变换面形测量系统与精度建模

为了解决自由曲面光学透镜光学表面面形的高精度测量问题 ,提出了一种可用于自由曲面光学透镜面形测量的图像变换光学曲面面形测量系统。从测量系统的测量原理出发 ,分析了测量过程中各种误差对测量精度的影响 ,推导出了自由曲面光学透镜的图像变换面形测量系统的测量误差公式 ,建立了自由曲面光学透镜的图像变换面形测量系统的测量精度数学模型 ,得到了该测量系统具有很高测量精度的结论 ,并且用实验给予验证。     

激光光刀法三维测量系统中的光谱匹配问题

用激光光刀法三维工业测量系统在室外进行大型堆场体积测量时，太阳幅射形成强烈的背景噪声，严重影响激光光刀图像的对比度，甚至湮没掉光刀图像。通过埘太阳光谱特性、大气吸收特性、被测物体的反射特性、光学成像系统的透过特性及CCD图像传感器的光谱响应特性的分析，提出了激光波长的选择与CCD光谱响应特性的匹配原则，并给出了相应实验结果。     

激光引信光电检测系统关键技术研究

激光引信光电检测系统集光学、机械、电路、计算机技术于一体,实现了对激光引信光学组件参数的精确、快速、自动化的智能测量。对于激光发射组件部分,使用光谱仪、光功率计和电荷耦合器件进行中心波长、脉冲峰值功率和发散角的测量;对于光电探测接收组件部分,使用数字示波器配合双光路系统完成静态噪声、响应时间、接收视场角和响应灵敏度的测量,使用工控机自动控制检测过程。实验表明,新型激光引信光电检测系统测量精度高,数据重复性好。     

利用Offner光学系统进行图像恢复和光学检测

设计了一种Offner光学系统,用于基于相位差异技术的图像恢复和光学系统波像差的辅助检测。该Offner光学系统采用同轴抛物面反射镜作为Offner反射镜,以高速CCD相机和Shack—Hartmann波前探测器作为接收元件,能完好地消除复色光源在图像恢复过程中带来的色差;设计的RMS波像差小于a／50（A=632．8nm）,结构简单,容易实现。利用该系统分别以分辨率板和光纤光源为目标进行了图像恢复实验,经过恢复后的图像分辨率提高了19％。此外,利用该系统,采用相位差异算法解算了系统波像差,并与Shack—Hartmann波前探测器的测量结果进行了比较。比较显示两者的RMS波像差测量值相差5％,证明该系统同样能够进行光学波前检测。     

便携式633nm激光波长评价系统研究

利用光学拍频法可实现稳频He-Ne激光波长稳定度的测量以及波长不确定度的评定。报道了一种可应用于测量现场的便携式633nm激光波长评价系统,介绍了拍频测量技术原理、激光波长评价系统的基本构成以及与非便携式的传统拍频系统测量激光波长的比对结果。波长评价系统对传统光学拍频光路部分进行了改进并集成为一个便携测量系统,系统采用了全新设计的集成式光学拍频模块、小型化高精度频率计以及频谱监测仪器实现了高信噪比拍频信号的产生、计数与监测,并自主开发了拍频测量数据采集、处理与分析软件。实验结果表明该系统能够在测量现场实现激光波长的稳定度以及不确定度评价,提升了现场测量的便捷性以及测量效率。     

基于双频激光干涉相位检测的高精度波片测量

波片精度对偏振光学系统性能有着重要的影响,故需要对其相位延迟量和快轴方位角进行高精度测量。提出了一种新型基于双频激光干涉相位检测的高精度波片测量方法,采用双频激光外差干涉光路,利用一个可旋转半波片和一个角锥反射棱镜测量待测波片,可实现任意波片的相位延迟量和快轴方位角的高精度同时测量。所提方法不受波片、偏振片等双折射器件的方位角精度的影响,从原理上避免了该类系统误差。所设计的系统具有共光路结构,测量稳定性高,信号处理采用相位检测方式相对于一般的光强检测方式测量精度更高。此外,所设计的测量系统中元件很少,结构简单,测量过程快捷。误差分析表明,在现有实验条件下,测量系统的波片相位延迟量的测量不确定度约为3.9′,快轴方位角的测量不确定度约为5′′。实验比对结果表明,所提方法的测量结果与其他方法测量结果的一致性很好。重复性测量实验表明,测量结果的标准偏差约为2′。     

单频偏振激光干涉仪中波片对非线性误差的影响

研究了用于纳米测量的激光干涉仪中光学波片对非线性误差的影响,基于琼斯矩阵理论建立了多波片的误差分析模型,分析了λ/2和λ/4波片引起的干涉仪非线性误差,对波片位置引起的非线性误差进行了实验研究.结果表明,波片位置调整精度对干涉仪测量影响巨大,在0～5°范围内,λ/2波片和λ/4波片引起的非线性误差分别为6.5 nm和9...     

高精度光电混合联合变换相关的亚像元像移测量

为更精确测量出卫星遥感相机因姿态变化和振动等原因引起的亚像素像移,提出了基于光电混合联合变换相关的像移测量方法。该方法通过对采集到的图像序列做光学相关运算,并对联合功率谱做拉普拉斯变换,得到尖锐的相关峰,再用质心法获取相关峰的坐标信息,从而测得更精确的图像像移值。阐述了基于光电混合联合变换相关的图像像移测量原理,搭建了相应的光学实验装置。实验结果表明,该方法的像移测量误差低至0.03 pixel,大大提高了图像像移的测量精度。     

基于双频激光干涉仪的显微模板精密测量

为了对光纤阵列测量的高精度显微模板进行精密检测,采用双频激光干涉仪结合显微视觉系统,通过骨架化、腐蚀法、质心法等算法对显微图像进行计算处理,实现模板特征刻线的提取与精确定位。对模板上8条刻度线之间的间距分别进行重复测量和组合测量,实验结果表明重复测量的标准偏差不大于0.07 m,组合测量的标准偏差不大于0.04 m。介绍了测量系统构成与工作原理,并对测量过程进行了精度分析,分析结果表明测量过程的极限误差不大于0.10 m。     

干涉仪系统传递函数测量及影响因素的分析

波前功率谱密度(PSD)被用于评价惯性约束聚变(ICF)激光驱动器光学元件中频段的波前误差。干涉仪对PSD较高空间频率分量的测量存在失真效应,可通过干涉仪系统传递函数(STF)的检测标定来获得真实的波前PSD分布。采用台阶板位相比较法测得大口径菲索相移干涉仪检测系统在透射和反射检测情形下的传递函数。对传递函数测试算法进行了比较分析,明确了干涉仪系统zoom倍率的改变等因素对传递函数测量的影响,为波前PSD的准确检测奠定了基础。     

大口径干涉仪系统传递函数校准

 波前功率谱密度(PSD)被用于评价ICF激光驱动器光学元件在中频区域的波前误差。目前主要采用大口径相移干涉仪检测ICF光学元件的波前畸变,通过付立叶变换获得波前的PSD分布。相移干涉仪在较高空间频率分量的测量上存在失真效应,因此需对干涉仪的空间频率传递函数进行校准。本文采用位相比较法测量大口径相移干涉仪的系统传递函数。我们采用衍射光学元件的制造工艺,设计、制作了标准的透射和反射位相元件,比较理论计算值与实测PSD值,分别获得了大口径相移干涉仪透射、反射测量模式的系统传递函数。     

基于线阵CCD的光学测角嵌入式系统设计

CCD作为一种光电转换器件,具有成本低、结构简单、扫描速度快、频率响应高等优点,越来越广泛地运用到测量领域。提出采用单色线阵CCD,以非接触的光学方式对角度信息进行编码调试,通过采集该信号利用数据处理模块,完成对图像信号的解调,实现角度值的测量。系统选用TSL1401和LPC2138为核心构成嵌入式测量系统,利用TSL1401采集信号,通过A/D传输到LPC2138中进行数据处理,最终得到角度值。系统通过光学的方式对角度进行测量,实现了非接触式测量。     

数字式激光平面干涉仪校准规范介绍

数字式激光平面干涉仪是用于测量光学元件面形和无焦光学系统波像差的光学仪器。为了统一数字式激光平面干涉仪测量量值，保证其测量结果的准确性和溯源性，编写数字式激光平面干涉仪校准规范。简要介绍了数字式激光平面干涉仪校准规范的构成，被校仪器的技术指标和校准方法等。     

锁相热像方法实验测量Nb2O5薄膜吸收率

利用锁相热像方法定量测量了光学镀膜的吸收率。待测薄膜吸收周期调制的激光能量,在表面形成热波,将红外相机记录的热分布信号进行锁相相关处理,获得信噪比提高的热图像。采用标准吸收样品对系统进行定标,可获得光热信号幅度与样品吸收率之间的定量联系,进而在相同实验条件下测量待测样品,可通过光热信号直接计算获得其绝对吸收率。在1 060 nm波长处开展了实验研究,测量获得了不同厚度Nb₂O₅镀膜的吸收率数值,实测的吸收可达80 ppm。