作為精密測(cè)量的重要方法,光學(xué)干涉測(cè)量廣泛應(yīng)用于物體表面粗糙度、透明物體調(diào)制波前相位以及光學(xué)零件加工檢驗(yàn)等技術(shù)領(lǐng)域。移相干涉技術(shù)是將移相器引入到干涉光路,建立干涉測(cè)量中的相位移動(dòng)控制。干涉光路易受環(huán)境振動(dòng)的影響,抗振是干涉裝置研制中需要考慮的因素。光路結(jié)構(gòu)的輕量化和干涉數(shù)據(jù)處理也是研制過(guò)程中的要點(diǎn)。因此輕量抗振以及數(shù)據(jù)算法簡(jiǎn)單的移相干涉裝置的研制具有重要意義。本文提出了正交移相共軛干涉技術(shù),使用偏振光學(xué)中的瓊斯矩陣推導(dǎo)了簡(jiǎn)單快速的相位恢復(fù)算法。研制了干涉裝置樣機(jī),并對(duì)實(shí)驗(yàn)室的透明連續(xù)相位板和液晶衍射光柵進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量與分析。論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)對(duì)于正交移相干涉裝置,移相器精度與測(cè)量數(shù)據(jù)密切相關(guān)。移相器由高壓驅(qū)動(dòng)電源控制,因此要對(duì)移相器驅(qū)動(dòng)電壓和相移特性關(guān)系精確標(biāo)定。使用了一維閉環(huán)壓電陶瓷作為移相器,能夠?qū)φ駝?dòng)和非線(xiàn)性誤差反饋補(bǔ)償,采用了兩種測(cè)試標(biāo)定方法。一種是使用四參數(shù)正弦擬合標(biāo)定移相器電壓相移特性的方法,一種是基于干涉圖樣明暗條紋相關(guān)性測(cè)量移相器電壓相移特性的方法。兩種方法對(duì)裝置樣機(jī)中的壓電陶瓷移相器標(biāo)定,使得移相干涉的相移可控。(2)正交移相干涉裝置對(duì)激光光源的準(zhǔn)直性要求較高。采用了光纖準(zhǔn)直兩級(jí)激光擴(kuò)束鏡壓縮高斯光束發(fā)散角的方法,設(shè)計(jì)了光纖準(zhǔn)直兩級(jí)激光擴(kuò)束鏡的光學(xué)機(jī)械結(jié)構(gòu),并應(yīng)用于研制的干涉裝置中。干涉裝置樣機(jī)主要是光機(jī)結(jié)構(gòu)組件,結(jié)構(gòu)的頻響特性決定了結(jié)構(gòu)本身的抗振性能,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要考慮輕量化和小型化。對(duì)干涉裝置中的偏振光學(xué)器件集成結(jié)構(gòu)和共軛成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)做模態(tài)分析,分析了關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的頻響特征,優(yōu)化了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。(3)使用研制的正交移相干涉裝置樣機(jī)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)分為兩部分:先測(cè)量φ25.4mm連續(xù)相位板的透射波前相位,測(cè)量數(shù)據(jù)和商用干涉儀WYKO的數(shù)據(jù)對(duì)比。結(jié)果表明:相位板波前峰谷PV(peak to valley)值最大誤差為0.052λ(λ=1064nm),均方根RMS(root means square)值最大誤差為0.006λ。正交移相干涉裝置測(cè)量結(jié)果和WYKO的數(shù)據(jù)吻合度較好。接著測(cè)量了電場(chǎng)下透射式液晶衍射光柵的調(diào)制相位分布,結(jié)果表明:調(diào)制相位分布PV值為0.942λ,二維波前調(diào)制相位分布與實(shí)驗(yàn)采集的遠(yuǎn)場(chǎng)衍射光斑光場(chǎng)分布一致。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類(lèi)】：TH744.3
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
    1.2 移相干涉技術(shù)研究國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析
        1.2.1 同步移相干涉技術(shù)
        1.2.2 聲光調(diào)制移相干涉技術(shù)
        1.2.3 基于壓電陶瓷的移相干涉技術(shù)
    1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容
第二章 正交移相干涉原理及相位恢復(fù)算法
    2.1 引言
    2.2 正交移相干涉原理
    2.3 正交移相干涉裝置系統(tǒng)方案
    2.4 正交移相干涉相位恢復(fù)算法
    2.5 本章小結(jié)
第三章 一維閉環(huán)壓電陶瓷移相器電壓相移標(biāo)定方法
    3.1 引言
    3.2 四參數(shù)正弦擬合標(biāo)定移相器方法
        3.2.1 四參數(shù)正弦擬合算法
        3.2.2 四參數(shù)正弦擬合法實(shí)驗(yàn)標(biāo)定
    3.3 干涉條紋相關(guān)性標(biāo)定移相器方法
        3.3.1 干涉條紋圖樣相關(guān)匹配方法
        3.3.2 干涉圖樣歸一化相關(guān)法實(shí)驗(yàn)標(biāo)定
    3.4 本章小結(jié)
第四章 正交移相干涉裝置關(guān)鍵部件光學(xué)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    4.1 引言
    4.2 高斯光束準(zhǔn)直原理
    4.3 激光擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)像差分析
    4.4 1064nm光纖準(zhǔn)直激光擴(kuò)束鏡光學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)
        4.4.1 第一級(jí)光纖準(zhǔn)直激光擴(kuò)束鏡光學(xué)設(shè)計(jì)
        4.4.2 第二級(jí)激光擴(kuò)束鏡光學(xué)設(shè)計(jì)
        4.4.3 兩級(jí)激光擴(kuò)束鏡光學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)
    4.5 偏振光學(xué)元件集成及共軛光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        4.5.1 偏振光學(xué)元件集成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        4.5.2 共軛光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    4.6 正交移相干涉裝置整體封裝與樣機(jī)
    4.7 本章小結(jié)
第五章 實(shí)驗(yàn)與分析
    5.1 引言
    5.2 離散余弦變換最小二乘法解包裹
    5.3 連續(xù)相位板波前相位檢測(cè)實(shí)驗(yàn)
        5.3.1 連續(xù)相位板解包裹相位
        5.3.2 連續(xù)相位板相位檢測(cè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)
    5.4 液晶衍射光柵調(diào)制相位分布檢測(cè)實(shí)驗(yàn)
        5.4.1 液晶衍射光柵調(diào)制相位分布
        5.4.2 液晶衍射光柵遠(yuǎn)場(chǎng)衍射光斑
    5.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
    5.6 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 工作總結(jié)
    6.2 工作展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他成果

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2866342