空间光调制法抑制相干成像系统中相干噪声技术的研究

发布时间：2019-12-01 12:40

【摘要】：光干涉检测技术是光学元件高精度加工检测过程中的必要环节,对于光学元件质量判定起到终检决定性作用。商用干涉仪中大多数采用相干性好的激光作为光源以此获得较大的相干长度。这种选择大大降低了干涉检测过程中的装调难度。然而,不利因素是光学系统中的杂散光以及光学元件表面高频误差、瑕疵、灰尘等造成的散射光将造成像面中存在相干噪声,使得干涉系统的信噪比下降。常用的解决方法是对入射光源的相干性进行调制,以降低其相干性,进而抑制相干噪声和提高信噪比。本论文中采用了能够实时控制的动态光学元件,开展了干涉成像系统中空间光调制抑制相干噪声技术的研究。本论文从统计光学理论出发,对测试光路中光场传输及像面光场采集进行了数理分析研究。研究了光场经过局部相位调制情况下其相干性的变化及其对于成像系统噪声的影响。理论分析表明,当调制屏上图案相位起伏标准差(as)一定时,系统信噪比随着调制频率的增加先是增加然后在下降；当调制频率不变时,系统信噪比随着调制场相位起伏标准差的增大而增大。为验证理论分析,本论文开展相应的实验工作。以Twyman-Green型干涉光路为原型,在共光路部分引入空间光调制器作为光场调制器件对光场进行局部相位调制,分析采集到的干涉条纹图的信噪比。通过实验结果表明,验证了理论模型。此外,应选用相位起伏标准差σs=0.25π的调制图案以及刷新频率户30Hz左右进行调制,可以得到较高的干涉条纹可见度和系统信噪比。
【图文】：

照明效果,孔径

在实验中学者Ｃ卫．Ｔｈｏｍａｓ首先使用相干度好激光作为光源，分别对张角逡逑不同的线条、圆圈Ｗ及标定板成像，在像面采集到图案存在较大的相干噪声，如逡逑图１．１所示；然后将激光光源换为亲灯光源，并在NW好光源后面加一针孔，实验逡逑中通过改变针孔的大小来改变光源的空间相干性，通过实验得知当小孔直径为逡逑２５曲ｍ时，隶灯光源的空间相干性与激光光源相近即在像面存在较多的相干噪声。逡逑加大针孔的直径至１５０＾ｍｌ，发现相干噪声得到抑制，但是与此同时系统的分辨率逡逑下降了，如图１．１似所示。然而，该方法中存在一定的缺陷：在抑制相干噪声的逡逑同时是Ｗ牺牲系统分辨率为代价的；使用gq灯作为光源本身亮度就不够，，在加上逡逑针孔进一步限制了光强，严重影响了干涉条纹可见度。逡逑ｆ＾ｍ逡逑：逦遍阪＾福胁；逡逑—１眺Ｉ逦楩Ｌ聊ｉ逡逑（ａ）撒光光源照明逦化）２５｜ｉｍ小孔照明逦（ｃ）１５０叫ｎ小孔照明逡逑图１．１不同孔径照明效果图逡逑学者Ｚｈｉｑｉａｎｇ邋Ｌｉｕ

调制相,干性,实验原理

形偏振光照明，参考光则使用一束旋转的线偏振光，然后采集多幅独立的全息图逡逑【Ｉ７胃，其实验光路图如图１．７所示。由于动态地改变光波场的振动方向，可逡逑得不同时刻由光学元件表面灰尘或者划痕等造成的散射光拥有不同的偏振态，则逡逑在像面叠加时杂散光不会发生干涉，从而可Ｗ达到抑制相干噪声的效果。该方法逡逑抑制相干噪声的程度主要依赖于进入成像系统中的杂散光的偏振度，其理想情况逡逑下最多能使相干噪声减小１／Ｖ５倍。逡逑ｒｏｔａｔｉｎｇ逡逑、，ＨＷＰ邋Ｐ悦邋ＨＷＰ邋挑｜逦、，逡逑Ｖ？＊．巧．４二逡逑ｌｉｎｅａｒｉｖｐｏｉａｉｉｚｅｄ邋ｂｅａｍ逦ｊ—？｜邋逦逡逑N邋ＱＷＰ邋千逦＂ｂｊｅ巧邋决Ｗ邋邋ｊｃｏｎｉ｜）ｉｉｒｅｒ逡逑Ａ邋ｉｇ邋ｄｒｎｉｌａｉｉｙ邋物■—￣＾——逡逑马１嘴藏１…？敝Ｃ．乻逡逑—■■逡逑ＢＥ—逡逑图１．７偏振态调制实验光路逡逑浙江树人大学的蔡晓鸭等人，根据Ｐａｒｓｅｖａｌ定理知：在傅里叶频谱域所有能逡逑量相叠加的总能量与笛卡尔坐标系中的总能量是相等的由于杂散光在像面逡逑叠加的能量较弱，因此，其在频谱域表现出较小的能量。在全息实验中，取实验逡逑图的傅里叶频谱图
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH74

【参考文献】