高精度干涉仪的相干噪声抑制技术研究

发布时间：2020-06-14 01:39

【摘要】：随着光学系统在航天航空、军事等领域的广泛应用,对光学元件的检测精度要求也随之提高,使得高精度测量的新方法以及新理论大量涌现,大幅提升了光学精密测量的精度。通常采用干涉的方法来进行高精度测量,但是在干涉测量中,很多因素都会影响到干涉测量的精度,其中相干噪声的存在对干涉测量的结果影响巨大。激光具有高强度的相干性,在经过众多光学元件时,由于元件中的一些缺陷使得所采集的干涉图像中存在大量的相干噪声。目前各国的专家学者也研究了多种方法去抑制干涉系统中的相干噪声以便提高测量精度。在众多的方法中,旋转毛玻璃法简单易行,可以与众多方法结合使用,而且对干涉仪的光学系统不会产生不良影响,该方法已被国内外的干涉仪所广泛使用。本文以菲索干涉为基础,以抑制干涉系统中的相干噪声为目标,采用旋转毛玻璃法改善干涉图像的信噪比,提高干涉图像的质量。该技术既避免了对光学系统产生误差,而且能适用于各种口径的干涉仪。因此本文就旋转毛玻璃法对干涉图像质量影响展开了系统且深入的研究,主要研究内容有:首先,论述了菲索干涉的基本原理,对旋转毛玻璃抑制相干噪声的基本原理进行了详细的分析,深入研究了毛玻璃的光学调制理论,包括粗糙表面对光的调制理论和旋转速度对光的调制理论,并仿真了表面粗糙度和旋转速度对干涉图像的噪声抑制效果的影响;其次,搭建了基于菲索干涉的噪声抑制系统,阐述了干涉图像的处理流程,针对毛玻璃表面粗糙度和旋转速度对干涉图像的噪声抑制结果进行验证实验,并编写相关算法计算干涉图像的条纹对比度、噪声对比度和图像信噪比与仿真结果进行对比分析,体现出了很好的一致性,在文章最后对实验误差进行了详细的分析。最后,本文的仿真和实验结果表明:在进行干涉系统中的降噪实验时,应尽量将毛玻璃表面粗糙度与波长比控制在0.2～0.6之间,该范围内毛玻璃降噪性能优良,噪声抑制效果良好,但是在实际操作中应适当参考旋转速度的参数,随着毛玻璃旋转速度的增加,干涉图像的条纹对比度和噪声对比度都随之下降,旋转速度在50r/s时,图像信噪比达到峰值,说明干涉图像的降噪效果处于最佳状态。 【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH744.3

【图文】：

干涉仪

随着光学精密检测精度的要求越来越高，高精度干涉仪的研制已经成为一个热门世界也有很多的高精度干涉仪已经研制成功，但大多数都是国外产品。当然，国精密检测行业也取得了显著地成绩，在高精度干涉仪的研制领域得到了不断地检测技术理论的不断创新，仪器从单元化发展到了系统集成化，从通用检测领域业检测领域，检测精度向重复性等多方面发展[16]。国外较早对干涉检测技术开已经取得了良好的成绩，，而且高精度干涉仪的研制也比国内更为成熟。ZYGO 公司作为国外干涉仪的代表，公司经过几十年的成长，研发了一系列干器。研发的这些高精度干涉仪，不仅能对平面的光学元件进行面形分析，也能分形的光学元件，测量口径也从 4 英寸扩展到了 36 英寸。为了避免环境对干涉测影响，ZYGO 公司研发了环形光源技术，同时提高了数据采集的速率，也大幅涉图像的质量[17-18]。ZYGO 公司研发的 Verifire 系列菲索型干涉仪[19]，操作简单、精度高，采用了高 CCD 和精密的移相技术，且配合了功能强大的 MetroProTM软件，能够得到高精复性的测量结果，测量的 PV 值优于λ/300。ZYGO 公司的 Verifire 系列干涉仪所示。

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(a)IntelliumTMH2000 型干涉仪 (b)IntelliumTMZ100 型干涉仪图 1.2 美国 EDSI 公司 IntelliumTM型干涉仪美国 4D 公司研发生产的 4D-F2000 型是 Fizeau 型干涉仪，结构简干涉原理，能够对光学元件的平行表面进行快速检测[21]。该干涉间内，可以同时采集四幅干涉图像。由于这段时间很短，干扰因素为 FizCam 2000 可以在任何条件下稳定且正常工作，包括在无任何移动的元器件，图 1.3 所示为 4D-F2000 干涉仪。图 1.3 4D 公司菲索型干涉仪形检测干涉仪的研究比较落后，就目前的情形来说，南京理工大学

【参考文献】