【摘要】：動態(tài)干涉測量技術(shù)是光學(xué)干涉測量領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技術(shù),用于解決通用時域干涉術(shù)在非穩(wěn)環(huán)境下難以進(jìn)行高精度測量的難題。同步移相干涉術(shù)作為動態(tài)干涉測量技術(shù)中一種重要的實(shí)現(xiàn)手段,在高精度位相測量方面得到了廣泛的應(yīng)用。為了消除時間移相中時變誤差的干擾,同步移相干涉術(shù)在同一時刻采集多幅移相干涉圖恢復(fù)待測位相。多數(shù)同步移相干涉方案將移相過程轉(zhuǎn)移到空間進(jìn)行并由此發(fā)展出多種空間同步移相方案。本論文圍繞空間分光同步移相干涉測試方法開展研究,主要工作包括:第一,提出了基于點(diǎn)光源異位空間分光的同步移相斐索動態(tài)干涉儀方案。研究了點(diǎn)光源異位移相原理,通過點(diǎn)光源在垂軸方向上的偏移在斐索干涉儀的參考波面和測試波面間引入相移。采用分光產(chǎn)生的四個點(diǎn)光源在垂軸方向上的不同錯位產(chǎn)生等間隔相移,結(jié)合成像透鏡陣列同步獲取四幅移相干涉圖并解算待測位相,實(shí)現(xiàn)了瞬態(tài)干涉測量。第二,研究了空間分光斐索動態(tài)干涉儀及其關(guān)鍵技術(shù)。為了獲取高質(zhì)量的點(diǎn)光源陣列,設(shè)計(jì)并制作了光柵分光光源系統(tǒng)和光纖分光光源系統(tǒng)。研制了一種基于成像透鏡陣列的同步成像系統(tǒng),獲得了成像清晰且空間分離的同步移相干涉圖。第三,基于所研制的空間分光斐索動態(tài)干涉儀對平行平晶光學(xué)均勻性的測量開展了研究,提出了一種均勻性的絕對測量方法。為了驗(yàn)證所提方法的準(zhǔn)確性,使用該方法與波長調(diào)諧干涉儀對同一平行平晶的光學(xué)均勻性分布進(jìn)行測量。結(jié)果表明,兩種方法測量結(jié)果的峰谷值偏差為5×10-7,均方根值偏差為-7×10-9,光學(xué)均勻性分布一致。第四,對干涉儀的測量誤差進(jìn)行了討論分析。研究了動態(tài)斐索干涉儀位相測量誤差源及抑制方法、系統(tǒng)出射波面誤差對測量結(jié)果的影響。對同步移相干涉圖位置匹配誤差和光強(qiáng)不一致誤差進(jìn)行了研究分析。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH744.3
【圖文】：

１９９１年，Ｋｏｌｉｏｐｏｕｌｏｓ等人使用４臺ＣＣＤ相機(jī)搭建了同步移相干涉測量裝置，該系統(tǒng)可逡逑以同時記錄四幅相移干涉圖［１７］。２００４年，ＥＳＤＩ公司的Ｓｚｗａｙｋｏｗｓｋｉ等人提出了一種利逡逑用沃拉斯頓棱鏡分光的斐索型同步移相干涉儀，如圖１．１所示［１８，１９］。該方案利用沃拉斯逡逑頓棱鏡雙折射將入射光分解為偏振方向正交且傳播方向有一定夾角的線偏光。通過調(diào)節(jié)逡逑參考鏡和測試鏡的傾斜角度，使得參考光和測試光都能夠穿過成像物鏡后方的空間濾波逡逑器。然后通過特制的非偏振分光棱鏡包正交的偏振光分為三對子光束并在每對子光束中逡逑加入偏振光學(xué)元件引入不同的相移量，最終得到三幅同步移相分干涉圖。該測量裝置通逡逑過控制偏振片的旋轉(zhuǎn)角度在參考光和測試光之間引入不同的相移，理論上可以獲得任意逡逑移相量的干涉圖樣。逡逑ＣＣＤ２逡逑偏振光學(xué)元件邐．ｐ－，逡逑邐邋邐邐邐逡逑Ｖ邋￣邐＾邋ｎ邋｜＇逡逑＼邐１邋Ｉ邐／７￣＼＼邐，邐、邋丨＂邋ｉ邋ｉ逡逑ｃｃｄｓ邋ｒｉｔｎｒｉ邐一一丨；邐ｈ逡逑，！邋；邐Ｉ邋Ｓ逡逑ＸＣｕｂｅ邐□邐光“系統(tǒng)空間濾灥準(zhǔn)直逡逑ＣＣＤ１邐參考鏡測試鏡逡逑圖１．１邋ＥＳＤＩ公司的斐索型同步移相干涉儀光路圖逡逑多相機(jī)的同步移相干涉測量系統(tǒng)需要多個圖像采集裝置進(jìn)行干涉圖的記錄采集，這逡逑就需要所使用ＣＣＤ相機(jī)的光電性能和相應(yīng)時間等特性具有一致性

在邁克爾遜干涉儀的基礎(chǔ)上，將光柵放置于望遠(yuǎn)系統(tǒng)焦點(diǎn)處。選取光柵分出的０級和±１逡逑級光并分別插入１／４波片，波片快軸方向分別和Ｐ光和Ｓ光平行，三束光經(jīng)檢偏器后，逡逑在ＣＣＤ靶面上得到三幅相位差為ｔｔ／２的干涉圖，其光路設(shè)計(jì)如圖１．２所示。逡逑帶有偏振分光棱鏡的逡逑邁克爾遜干涉儀邐＾ｐ＾ｌ／４波片逡逑Ｉ■激光■器參考鏡逡逑邐１／２邋波片邐￣Ｉ邐Ｕ邐逡逑成像鏡逡逑ｍ）邐基邐分光和移相逡逑１／４邋波片逡逑檢偏器邐逡逑ＣＣＤ逡逑圖１．２光柵分光偏振移相光路７Ｋ意圖逡逑２０１６年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的向小燕等人提出了如圖１．３所示的正交位相光柵分光式逡逑四通道空間移相干涉儀［２１］。在該干涉測量方案中，激光器、檢偏器、擴(kuò)束鏡以及二分之逡逑一波片共同組成了干涉儀的光源系統(tǒng)。光源系統(tǒng)入射到偏振分光棱鏡上的是偏振方向與逡逑光軸成４５°夾角的線偏光。其中的ｓ光經(jīng)偏振分光棱鏡反射打到參考面上，兩次通過四逡逑分之一波片后便成ｐ光透射。其中的ｐ光透射過偏振分光棱鏡打到測量面上，兩次通過逡逑四分之一波片后變成ｓ光反射。通過偏振分光棱鏡后，相干光束通過一四分之一波片會逡逑和入射到正交位相光柵上。經(jīng)光柵分光產(chǎn)生四組光強(qiáng)相等的子光束，四束子光束分別通逡逑過偏轉(zhuǎn)角依次相差４５°的四象限移相器后參考光和測試光間引入不同的相移量。最后利逡逑用四象限探測器捕捉四路干涉信號，處理后得到被測面面形。逡逑３逡逑

圖１．３正交位相光柵分光式四通道空間移相干涉光路系統(tǒng)圖逡逑２０１３年，哈爾濱工程大學(xué)的郝本功等人提出了一種基于液晶空間光調(diào)制器的三窗口逡逑同步移相共光路干涉儀，如圖１．４所示［２２］。激光器出射激光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后照射一矩逡逑形的光闌上。光闌分為三個窗口，待測的透明物體被放置在中間窗口的前面。所以透過逡逑中間窗口的為測試光，透過兩邊窗口的為參考光。透鏡Ｌ１以及Ｌ２構(gòu)成的４ｆ系統(tǒng)頻譜逡逑面上的濾波器為加載在液晶空間光調(diào)制器上的光柵。其對入射光進(jìn)行衍射分光并在輸出逡逑面上形成多級衍射光。通過改變窗口的大小、光柵周期等參數(shù)就可以在輸出面上獲得３逡逑幅移相干涉圖。逡逑Ｃｏｌｌｉｍａｔｉｎｇ邋ａｎｄ逡逑ｅｘｐａｎｄ—－ｓ－卻＿邋Ｌ１邋ＬＣ－ＳＬＭ邋Ｌ２邋ＣＣＤ逡逑Ｌａｓｅｒ：邐＼邐ｙｌ￣＊邋＾逡逑———逡逑Ｐｈａｓｅ邋ｓａｍｐｌｅ邋卜，？■卜，？卜，逡逑圖１．４基于液晶空間光調(diào)制器的同步移相光路逡逑幾何分光系統(tǒng)是指在光學(xué)結(jié)構(gòu)中，不再使用傳統(tǒng)的光柵分光而采用幾何光路進(jìn)行分逡逑光的光學(xué)系統(tǒng)。２０１６年，天津大學(xué)的蔡懷宇等人提出了一種基于邁克爾遜結(jié)構(gòu)分光的空逡逑間移相干涉系統(tǒng)，如圖１．５所７Ｋ［ｌ３］。偏振分光棱鏡出射的參考光和測試光具有互相正交逡逑的偏振態(tài)，為了獲取空間上分離的兩幅移相干涉圖，懫用了一種改進(jìn)的邁克爾遜結(jié)構(gòu)進(jìn)逡逑４逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 蔣超;斐索型同步移相干涉測試技術(shù)研究[D];南京理工大學(xué);2017年

2 向小燕;光柵分光式移相干涉差分共焦位移傳感技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

本文編號：2754018