基于随机编码混合光栅横向剪切干涉的波前检测技术关键参数与应用研究
发布时间：2023-02-19 10:38
光学波前检测技术在工业、天文、生物医学等领域扮演着重要的角色。传统泰曼格林和斐索干涉系统动态范围和灵敏度为固定值,针对不同待测对象不能动态的调节,且系统结构复杂对环境干扰敏感,不适合于现场检测;夏克-哈特曼传感器结构简单,动态范围大,但是横向分辨率很低;点衍射干涉仪、三波前横向剪切干涉仪和交叉光栅横向剪切干涉仪都存在针孔或级次选择窗口对准困难的问题;改进哈特曼模板横向剪切干涉仪存在周期性Talbot效应,只能在特定位置才能得到高对比度干涉图。基于光通量约束的随机编码混合光栅(Randomly Encoded Hybrid Grating,REHG)横向剪切干涉系统无需级次选择窗口,没有周期性Talbot效应,具有抗干扰能力强,动态范围大,结构紧凑,剪切率连续可调,分辨率高等特点,在光学元件面形检测、光学系统像差检测以及定量相位成像等领域具有非常广阔的应用前景。本文在课题组已有工作的基础上,对REHG横向剪切干涉系统设计原理,以及剪切率、动态范围、灵敏度和波前重构精度等关键参数进行了讨论,提出了基于剪切波前特征提取的剪切率标定算法,应用REHG横向剪切干涉技术建立了非球面非零位通用化检测...
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 波前检测技术及应用研究进展
1.2.1 夏克-哈特曼传感器
1.2.2 点衍射干涉仪
1.2.3 三波前横向剪切干涉仪
1.2.4 交叉光栅横向剪切干涉仪
1.2.5 改进哈特曼模板横向剪切干涉仪
1.2.6 随机编码混合光栅横向剪切干涉仪
1.3 本文主要研究内容及创新点
1.3.1 本文主要研究内容
1.3.2 本文主要创新点
2 随机编码混合光栅横向剪切干涉模型建立与剪切率标定
2.1 REHG设计及误差分析
2.1.1 数学模型
2.1.2 夫琅禾费衍射级次分布
2.1.3 干涉图对比度分析
2.1.4 光栅加工误差分析
2.1.5 光栅附加波像差消除
2.2 REHG横向剪切干涉波前重构
2.2.1 差分Zernike多项式拟合法
2.2.2 基于最小二乘拟合的傅里叶变换法
2.3 系统剪切率分析
2.3.1 数学定义
2.3.2 剪切率与系统动态范围和相对灵敏度关系
2.3.3 剪切率对波前重构精度的影响
2.4 基于剪切波前特征提取的剪切率标定算法
2.4.1 原理
2.4.2 仿真计算
2.5 本章小结
3 基于REHG横向剪切干涉的非球面非零位通用化检测系统
3.1 非球面主要参数定义
3.2 系统结构
3.3 通用化检测能力分析
3.3.1 单PNL补偿范围
3.3.2 非球面轴向位置容许范围
3.4 迭代逆向优化回程误差校正算法
3.5 仿真分析
3.6 系统误差控制
3.6.1 PNL位姿误差控制
3.6.2 非球面位姿误差控制
3.6.3 非球面轴向位置定位
3.7 本章小结
4 基于REHG横向剪切干涉的宽带灵敏度增强定量相位成像系统
4.1 基于REHG横向剪切干涉的定量相位成像原理
4.2 双剪切宽带灵敏度增强干涉显微镜
4.2.1 系统结构
4.2.2 剪切率组合优化
4.2.3 系统分辨率
4.3 基于CUDA实时定量相位成像算法设计
4.3.1 实时相位重构算法流程
4.3.2 算法验证实例
4.4 系统误差分析
4.5 本章小结
5 REHG横向剪切干涉波前检测技术应用实验
5.1 剪切率标定实验
5.1.1 实验系统组成
5.1.2 剪切率标定结果分析
5.2 非球面非零位检测实验
5.2.1 实验系统搭建
5.2.2 关键元件位姿误差控制
5.2.3 非球面检测结果分析
5.3 灵敏度增强定量相位成像实验
5.3.1 实验系统搭建
5.3.2 熔石英基板刻蚀字符表征
5.3.3 红细胞动态定量相位成像
5.4 本章小结
6 总结与展望
6.1 本文工作总结
6.2 本文创新点总结
6.3 未来工作展望
参考文献
攻读博士学位期间主要的研究成果
本文编号：3746066
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 波前检测技术及应用研究进展
1.2.1 夏克-哈特曼传感器
1.2.2 点衍射干涉仪
1.2.3 三波前横向剪切干涉仪
1.2.4 交叉光栅横向剪切干涉仪
1.2.5 改进哈特曼模板横向剪切干涉仪
1.2.6 随机编码混合光栅横向剪切干涉仪
1.3 本文主要研究内容及创新点
1.3.1 本文主要研究内容
1.3.2 本文主要创新点
2 随机编码混合光栅横向剪切干涉模型建立与剪切率标定
2.1 REHG设计及误差分析
2.1.1 数学模型
2.1.2 夫琅禾费衍射级次分布
2.1.3 干涉图对比度分析
2.1.4 光栅加工误差分析
2.1.5 光栅附加波像差消除
2.2 REHG横向剪切干涉波前重构
2.2.1 差分Zernike多项式拟合法
2.2.2 基于最小二乘拟合的傅里叶变换法
2.3 系统剪切率分析
2.3.1 数学定义
2.3.2 剪切率与系统动态范围和相对灵敏度关系
2.3.3 剪切率对波前重构精度的影响
2.4 基于剪切波前特征提取的剪切率标定算法
2.4.1 原理
2.4.2 仿真计算
2.5 本章小结
3 基于REHG横向剪切干涉的非球面非零位通用化检测系统
3.1 非球面主要参数定义
3.2 系统结构
3.3 通用化检测能力分析
3.3.1 单PNL补偿范围
3.3.2 非球面轴向位置容许范围
3.4 迭代逆向优化回程误差校正算法
3.5 仿真分析
3.6 系统误差控制
3.6.1 PNL位姿误差控制
3.6.2 非球面位姿误差控制
3.6.3 非球面轴向位置定位
3.7 本章小结
4 基于REHG横向剪切干涉的宽带灵敏度增强定量相位成像系统
4.1 基于REHG横向剪切干涉的定量相位成像原理
4.2 双剪切宽带灵敏度增强干涉显微镜
4.2.1 系统结构
4.2.2 剪切率组合优化
4.2.3 系统分辨率
4.3 基于CUDA实时定量相位成像算法设计
4.3.1 实时相位重构算法流程
4.3.2 算法验证实例
4.4 系统误差分析
4.5 本章小结
5 REHG横向剪切干涉波前检测技术应用实验
5.1 剪切率标定实验
5.1.1 实验系统组成
5.1.2 剪切率标定结果分析
5.2 非球面非零位检测实验
5.2.1 实验系统搭建
5.2.2 关键元件位姿误差控制
5.2.3 非球面检测结果分析
5.3 灵敏度增强定量相位成像实验
5.3.1 实验系统搭建
5.3.2 熔石英基板刻蚀字符表征
5.3.3 红细胞动态定量相位成像
5.4 本章小结
6 总结与展望
6.1 本文工作总结
6.2 本文创新点总结
6.3 未来工作展望
参考文献
攻读博士学位期间主要的研究成果
本文编号：3746066
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wulilw/3746066.html
