基于全反射棱镜结构的双波长M-Z干涉系统研究
发布时间：2021-11-07 13:01
相移干涉测量技术以其非接触、灵敏度高和重复性好等诸多优势,在光学测量与检测领域具有广泛应用。双波长相移干涉测量技术将双波长全息技术和相移干涉技术相结合,在保证较高的测量精度的基础上,可解决传统单波长测量较大偏差面形时所产生的2π模糊问题,又扩大了干涉测量的量程,因此该方法在光学干涉测量领域具有更广阔的应用前景。本文在对双波长相移干涉的基础理论进行系统研究的基础上,设计了一个不易变形、便于装调的基于全反射棱镜结构的M-Z双波长干涉系统,通过计算分析确定了相关的硬件参数,完成了双波长移相干涉系统的装调,工作波长分别为632.8nm与532nm,口径为30mm。进一步,研究了等效波长相位提取算法,利用椭圆拟合法对传统的双波长算法进行改进,提出了一种基于四步相移椭圆拟合的相位提取双波长算法,该方法既扩大了深度测量范围,又提高了测量方法的测量精度。最后,构建了双波长M-Z移相干涉实验系统,利用所搭建的实验系统对透明的凹面元件的表面轮廓进行测量,采用改进的双波长算法恢复面形信息,得到的方程确定系数R-square为0.9904;且得到的轮廓测量结果与实际样本的结果进行比对,得到了一致的结论,表明设...
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
一个基于非零位测试方法的双波长相移干涉仪
OPDadjust图2-5 基于全反射棱镜结构的双波长M-Z干涉仪Fig.2-5 Dual - wavelength M-Z interferometer based on total reflection prism structure如图2-5所示，该系统由光源、扩束准直系统、Mach-Zehnder干涉和数据接收系统这几部分组成，使用的照明光源为：波长为1λ = 532nm的半导体抽运固体光源（绿光）和2λ = 632.8nm的He-Ne激光光源（红光），使用针孔滤波器PF（Pinhole Filter）去除高频噪声，扩束准直镜使经过针孔的光束变成平行的光束，平行光束经过分光棱镜BS2（分光比为1:1）后进入参考光路和测量光路，最后经过分光棱镜BS3（分光比为1:1）形成干涉条纹，用光电探测器CCD记录干涉条纹。2.5 本章小结本章对相移干涉原理以及双波长相移干涉原理进行了研究。相移干涉术是一种利用光学干涉原理从而实现高精度测量的技术，测量范围只能是波长量级。传统的单波长进行检测时具有局限性
成像系统的光路结构如图 3-4 所示，成像透镜需要对由两组三胶合透镜组成，正负透镜三种材料组合可以校正球差和色差。图3-4 成像系统的光路结构Fig.3-4 Light path structure of the imaging system图3-5为优化后的成像透镜组在轴上视场、轴外0.707视场、最大视场下的波面质量PV（PEAK TO VALLEY）值的大小。在波长532nm下成像透镜组在轴上视场、轴外0.707视场、最大视场的波面质量分别为0.0966λ、0.1061λ、0.1175λ；632.8nm情况下成像透镜组在轴上视场、轴外0.707视场、最大视场的波面质量分别为0.0097λ、0.0159λ、0.0242λ；均符合小视场的要求。
【参考文献】：
期刊论文
[1]多波长广角f-theta透镜光学设计[J]. 周燕,沈涛. 应用光学. 2017(04)
[2]利用双波长数字全息术测量微小物体表面形貌[J]. 寇云莉,李恩普,邸江磊,张颜艳,李敏茹,赵建林. 中国激光. 2014(02)
[3]使用红外干涉仪测量非球面面形[J]. 贺俊,陈磊. 光学精密工程. 2010(01)
[4]光学元件形貌的双波长干涉测量[J]. 高亮,曾理江. 仪器仪表学报. 2003(S1)
博士论文
[1]基于相移干涉法的微表面轮廓仪的研究[D]. 李朝辉.天津大学 2004
本文编号：3481899
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
一个基于非零位测试方法的双波长相移干涉仪
OPDadjust图2-5 基于全反射棱镜结构的双波长M-Z干涉仪Fig.2-5 Dual - wavelength M-Z interferometer based on total reflection prism structure如图2-5所示，该系统由光源、扩束准直系统、Mach-Zehnder干涉和数据接收系统这几部分组成，使用的照明光源为：波长为1λ = 532nm的半导体抽运固体光源（绿光）和2λ = 632.8nm的He-Ne激光光源（红光），使用针孔滤波器PF（Pinhole Filter）去除高频噪声，扩束准直镜使经过针孔的光束变成平行的光束，平行光束经过分光棱镜BS2（分光比为1:1）后进入参考光路和测量光路，最后经过分光棱镜BS3（分光比为1:1）形成干涉条纹，用光电探测器CCD记录干涉条纹。2.5 本章小结本章对相移干涉原理以及双波长相移干涉原理进行了研究。相移干涉术是一种利用光学干涉原理从而实现高精度测量的技术，测量范围只能是波长量级。传统的单波长进行检测时具有局限性
成像系统的光路结构如图 3-4 所示，成像透镜需要对由两组三胶合透镜组成，正负透镜三种材料组合可以校正球差和色差。图3-4 成像系统的光路结构Fig.3-4 Light path structure of the imaging system图3-5为优化后的成像透镜组在轴上视场、轴外0.707视场、最大视场下的波面质量PV（PEAK TO VALLEY）值的大小。在波长532nm下成像透镜组在轴上视场、轴外0.707视场、最大视场的波面质量分别为0.0966λ、0.1061λ、0.1175λ；632.8nm情况下成像透镜组在轴上视场、轴外0.707视场、最大视场的波面质量分别为0.0097λ、0.0159λ、0.0242λ；均符合小视场的要求。
【参考文献】：
期刊论文
[1]多波长广角f-theta透镜光学设计[J]. 周燕,沈涛. 应用光学. 2017(04)
[2]利用双波长数字全息术测量微小物体表面形貌[J]. 寇云莉,李恩普,邸江磊,张颜艳,李敏茹,赵建林. 中国激光. 2014(02)
[3]使用红外干涉仪测量非球面面形[J]. 贺俊,陈磊. 光学精密工程. 2010(01)
[4]光学元件形貌的双波长干涉测量[J]. 高亮,曾理江. 仪器仪表学报. 2003(S1)
博士论文
[1]基于相移干涉法的微表面轮廓仪的研究[D]. 李朝辉.天津大学 2004
本文编号：3481899
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