基于SLM的数字波面动态干涉测试方法
发布时间：2021-11-22 19:34
随着光电探测、图像处理、精密机械以及计算机等技术的进步,近代光学测试技术已经得到了长足的发展。在对精密光学元件及光学系统进行检测中,干涉仪是目前较为有效的高精度检测手段。动态干涉仪能够在同一时刻采集多幅干涉图重构出被测波面的面形,实现高精度测量,同时动态干涉仪的抗振动能力强,可以消除大气湍流和环境扰动对检测的影响。动态干涉仪经过多年的研究已成为近年来光学测量领域中的研究热点之一。本论文研究了数字波面动态干涉技术,对其关键技术进行了研究与分析。为准确方便获取四个与相位相关的光强参量,本文采用了琼斯矩阵,分析了基于SLM的数字波面动态干涉测试原理及实现方法。据此,提出了一套完整的基于SLM的数字波面动态干涉装置的技术方案,具体编写了相关算法,在对平面光学元件的动态测试进行了仿真分析的基础上,进一步研究了球面光学元件动态干涉测试SLM位相调制特性与非球面光学元件的测试原理。由于液晶空间调制器中液晶背板的空间不均匀性,入射波前引入了像差项,校正此像差对于提高液晶空间光调制器的相位调制精度至关重要。本文提出了一种测量液晶空间光调制器相位调制特性的方法,利用斐索干涉仪对液晶空间光调制器的相位调制精...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光栅分光偏振移相光路示意图
42001年，4D公司基于全息元件分光研究了一种泰曼型动态干涉仪，如图1.4所示。该干涉仪利用全息分光器件（HOE）将入射光分成不同位置的四束独立光束，再探测器前放置位相掩模板和线偏振片，即可同时接收到四幅移相干涉图。该方法可以使用误差补偿算法，从而更有效地利用探测器的几何空间[28]。移相阵列和探测器的像素相对应移相单元探测器模板偏振干涉仪图1.5利用微偏振移相阵列实现同步移相2004年，J.E.Millerd等人提出通过利用微偏振移相阵列代替原有的全息分光器件实现移相，如图1.5所示。此系统中，正交偏振的两束光通过一个微偏振移相阵列，该阵列的二维点阵孔与CCD上的像素一一对应，每个检偏器都针对对应像素做了不同程度的旋转，微偏振阵列向每个像素的参考波前与被测波前之间引入相位差，计算即可实现波面复原[29]。该方法可在任何光源下运行（包括白光），但仍存在相位掩膜板制作成本高、系统价格高昂等问题。CCD2CCD3CCD1XCube光学系统空间滤波器准直物镜参考镜测试镜偏振光学元件图1.6ESDI公司的菲索型同步移相干涉仪光路图2004年，ESDI公司的Szwaykowski等人研究了一款菲索型同步移相干涉仪。该干涉仪利用沃拉斯顿棱镜双折射来实现分光，入射光经沃拉斯顿棱镜被分为相互正交且有一定夹角的两束线偏振光，即参考光与测量光。改变参考镜与测试镜之间的俯仰倾斜，可以使参考光和测量光能够通过物镜后方的空间滤波器。X-Cube棱镜将正交偏振光分成三束，通过控制偏振光学元件的旋转角度，使每对光束之间产生不同的相移量，最后形成三幅移相干涉图并由三个CCD同步采集[30-31]。2005年，北京理工大学的YiWang等人基于偏振分光和波片移相，研究了一种同步移相干涉仪，并将该干涉仪应用于晶体生长期间折射
5南京理工大学的左芬等人基于泰曼型偏振干涉仪，研究了同步移相干涉测量技术，并利用光栅分光实现了同步移相干涉测量[34]。图1.7微位相延迟器掩模的CCD日本学者S.Yoneyama等人提出将微位相延迟器应用于光学材料的内部应力测量，如图1.7所示。该方案中微位相延迟器阵列与CCD的每个像素在空间上一一对应，其中每四个像素为一个测量点。该阵列具有四个不同的主轴方向，通过向微位相延迟器依次分别引入90°相位差，实现对内部应力的同步移相干涉测量[35]。图1.8基于液晶空间光调制器的同步移相共光路干涉仪2013年，哈尔滨工程大学的郝本功等人基于液晶空间光调制器，研究了一种同步移相共光路干涉仪，如图1.8所示。激光器发出的光经准直扩束系统后，入射到一个三窗口矩形光阑上，测量面被放置在中间窗口的前方，从中间窗口出射的光为测量光，两侧窗口出射的光为参考光。其中向液晶空间光调制器加载的光栅为透镜L1与L2构成的4f系统频谱面上的滤波器。光栅将入射光分为多级衍射光，呈现在输出面上。通过对矩形光阑窗口大小及光栅周期等参数的改变，可以在输出面上获得三幅移相干涉图[36]。2014年，北京理工大学的朱秋东等人提出了一种可调扩展光源的同轴斐索型同步移相干涉仪，实现动态干涉测量[37]。2015年，张志刚等人基于马赫-泽德干涉仪以及微偏振阵列，研究了一种同步移相系统，该系统对光学涡旋实现了实时检测[38]。2016年，天津大学的蔡怀宇等人研究了一种空间移相干涉系统，该系统采用迈克尔逊结构分光，利用偏振方向分别为0°和45°的偏振片作为移相元件，两幅移相干涉
本文编号：3512322
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光栅分光偏振移相光路示意图
42001年，4D公司基于全息元件分光研究了一种泰曼型动态干涉仪，如图1.4所示。该干涉仪利用全息分光器件（HOE）将入射光分成不同位置的四束独立光束，再探测器前放置位相掩模板和线偏振片，即可同时接收到四幅移相干涉图。该方法可以使用误差补偿算法，从而更有效地利用探测器的几何空间[28]。移相阵列和探测器的像素相对应移相单元探测器模板偏振干涉仪图1.5利用微偏振移相阵列实现同步移相2004年，J.E.Millerd等人提出通过利用微偏振移相阵列代替原有的全息分光器件实现移相，如图1.5所示。此系统中，正交偏振的两束光通过一个微偏振移相阵列，该阵列的二维点阵孔与CCD上的像素一一对应，每个检偏器都针对对应像素做了不同程度的旋转，微偏振阵列向每个像素的参考波前与被测波前之间引入相位差，计算即可实现波面复原[29]。该方法可在任何光源下运行（包括白光），但仍存在相位掩膜板制作成本高、系统价格高昂等问题。CCD2CCD3CCD1XCube光学系统空间滤波器准直物镜参考镜测试镜偏振光学元件图1.6ESDI公司的菲索型同步移相干涉仪光路图2004年，ESDI公司的Szwaykowski等人研究了一款菲索型同步移相干涉仪。该干涉仪利用沃拉斯顿棱镜双折射来实现分光，入射光经沃拉斯顿棱镜被分为相互正交且有一定夹角的两束线偏振光，即参考光与测量光。改变参考镜与测试镜之间的俯仰倾斜，可以使参考光和测量光能够通过物镜后方的空间滤波器。X-Cube棱镜将正交偏振光分成三束，通过控制偏振光学元件的旋转角度，使每对光束之间产生不同的相移量，最后形成三幅移相干涉图并由三个CCD同步采集[30-31]。2005年，北京理工大学的YiWang等人基于偏振分光和波片移相，研究了一种同步移相干涉仪，并将该干涉仪应用于晶体生长期间折射
5南京理工大学的左芬等人基于泰曼型偏振干涉仪，研究了同步移相干涉测量技术，并利用光栅分光实现了同步移相干涉测量[34]。图1.7微位相延迟器掩模的CCD日本学者S.Yoneyama等人提出将微位相延迟器应用于光学材料的内部应力测量，如图1.7所示。该方案中微位相延迟器阵列与CCD的每个像素在空间上一一对应，其中每四个像素为一个测量点。该阵列具有四个不同的主轴方向，通过向微位相延迟器依次分别引入90°相位差，实现对内部应力的同步移相干涉测量[35]。图1.8基于液晶空间光调制器的同步移相共光路干涉仪2013年，哈尔滨工程大学的郝本功等人基于液晶空间光调制器，研究了一种同步移相共光路干涉仪，如图1.8所示。激光器发出的光经准直扩束系统后，入射到一个三窗口矩形光阑上，测量面被放置在中间窗口的前方，从中间窗口出射的光为测量光，两侧窗口出射的光为参考光。其中向液晶空间光调制器加载的光栅为透镜L1与L2构成的4f系统频谱面上的滤波器。光栅将入射光分为多级衍射光，呈现在输出面上。通过对矩形光阑窗口大小及光栅周期等参数的改变，可以在输出面上获得三幅移相干涉图[36]。2014年，北京理工大学的朱秋东等人提出了一种可调扩展光源的同轴斐索型同步移相干涉仪，实现动态干涉测量[37]。2015年，张志刚等人基于马赫-泽德干涉仪以及微偏振阵列，研究了一种同步移相系统，该系统对光学涡旋实现了实时检测[38]。2016年，天津大学的蔡怀宇等人研究了一种空间移相干涉系统，该系统采用迈克尔逊结构分光，利用偏振方向分别为0°和45°的偏振片作为移相元件，两幅移相干涉
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