浙江大学光电科学与工程学院, 浙江 杭州 310027
提出一种基于波导理论的针孔点衍射波前分析方法。该方法将针孔作为圆形波导,采用解析法求解波导的模式进而得到针孔后端面电场分布;根据矢量衍射理论推导出衍射波前的远场分布,最后详细分析了针孔透光率、衍射波前的强度与相位。结果表明,波导边界条件使针孔后端面各电场分量旋转不对称,使像散成为衍射波前的主要像差。为使透光率大于0,针孔直径必须大于0.6λ(λ为波长),以保证针孔中存在满足波导传输条件的模式。衍射波前两电场分量振幅分布的不同使衍射波前强度分布不具有旋转对称性,两者的相位差使衍射波前成为椭圆偏振光。该仿真结果为点衍射干涉仪中针孔结构的设计提供了重要的参考。
测量 点衍射波前 电磁光学 光学仪器 光学学报
2019, 39(11): 1112001
1 浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
2 华中科技大学 光电学院, 湖北 武汉 430074
3 中国航天科工集团 第九总体设计部, 湖北 武汉 430000
为了解决长条形镜面面形拟合中各项不正交, 无法在调整中利用像差指导计算机辅助装调的问题, 本文建立了一套合理的拟合模型。该模型以矩阵求解正交化Zernike多项式系数为基础, 将离散的数据点作为定义域, 对已选取的Zernike项进行定义域内正交化计算, 并以获得的各正交项为基底, 实现对长条形镜面及其他异形光学镜面的正交化多项式拟合求解。进而确定在干涉检测中加工误差与装调误差的分离, 为光学镜面的最终面形收敛提供保障。根据本文实验结果, 对一口径600 mm×260 mm, PV与RMS值分别为5889λ及1002λ的长条形光学镜面进行拟合, 利用Metropro去像散后, 面形未得到收敛, PV与RMS值分别变为7448λ及1725λ。而采用本文算法处理后, 其PV与RMS值分别收敛为4666λ及0679λ, 验证了本文方法对于长条形镜面拟合的正确性。
干涉测量 面形拟合 长条形反射镜 正交化 interferometry surface fitting rectangular mirror orthogonalization
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Modern Optical Instrumentation, College of Optical Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
2 Research Center of Laser Fusion, CAEP, Mianyang 621900, China
There exist some shallow scratch defects on the super-smooth optical surface. Their detection has a low efficiency with the existing technologies. So a new detection method, dark-field detection of adaptive smoothing and morphological differencing (DFD-ASMD), is proposed. On one hand, the information of shallow scratches can be kept in dark-field images. On the other hand, their weak characteristics can be separated and protected from being overly reduced during the elimination of noise and background in the image. Experiments show the detection rate of shallow scratches is around 82%, and DFD-ASMD can lay a foundation for quality control of defects on the high-quality optical surface.
120.0120 Instrumentation, measurement, and metrology 120.4630 Optical inspection 150.1835 Defect understanding Chinese Optics Letters
2017, 15(8): 081202
1 浙江大学 光电科学与工程学院 现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
2 杭州晶耐科光电技术有限公司, 浙江 杭州 311112
为了实现对玻璃面板油墨层厚度的检测, 提出了一种满足工业化检测需要的玻璃面板油墨厚度无损在线检测系统。首先, 基于结构光测量原理进行非接触式测量, 进一步提出了基于自适应提取算法的油墨厚度数字化定量计算模型, 对采集到的携带油墨厚度信息的亮线图像进行处理, 该模型非常适用于非接触式数字化检测; 其次, 建立了完整的检测系统, 将标准油墨面板作为油墨检测的评价标准, 多次测量拟合定标系数;最后, 该玻璃面板油墨厚度无损测量系统的最大检测厚度达23 mm, 检测精度优于4 μm, 通过对玻璃面板油墨层厚度的检测, 实现了对油墨厚度的高精度、快速、无损检测, 具有广阔的应用前景。
玻璃油墨厚度 结构光 无损在线 机器视觉 thickness of glass printing ink structured light nondestructive and on-line machine vision 红外与激光工程
2017, 46(12): 1217009
1 浙江大学 光电科学与工程学院 现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
2 中国计量大学 计量测试工程学院, 浙江 杭州 310018
3 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室, 长春 吉林 130033
条纹投影和相位偏折测量术可用于精确地测量待测物面形, 在全场光学三维轮廓测量领域具有较好的发展前景。首先, 介绍了条纹投影和相位偏折测量技术的基本原理, 重点是这两种技术中的相位提取技术、摄像机定标技术等关键技术。其次, 对条纹投影和相位偏折测量术这两种测量方法的异同点做了对比。最后, 介绍了条纹投影和相位偏折测量技术在提升测量精度和速度方面的发展。为了提升测量精度, 主要有校正条纹Gamma效应、提升相位提取精度、摄像机标定精度和相位-高度/梯度标定精度等途径; 为了提升测量速度, 主要有提升相位提取速度、相位解包裹速度等方法。
条纹投影轮廓测量 相位偏折测量 对比 精度 速度 fringe-projection profilometry phase measuring deflectometry comparison accuracy speed 红外与激光工程
2017, 46(9): 0917001
浙江大学 光电科学与工程学院 现代光学仪器国家重点实验室，浙江 杭州 310027
本文介绍了点衍射干涉仪不同发展阶段的特点和应用。点衍射干涉仪由波长量级的针孔产生高质量的球面波作为参考波前，能够得到衍射极限性能的分辨率。按照不同的光路特点，点衍射干涉仪可分为点衍射共路干涉和点衍射非共路干涉两种结构，主要应用于高精度波前检测和面形检测。共路干涉结构简单紧凑，对环境振动不敏感，对光源相干度要求不高，可利用光束偏振态及光栅衍射分束的特性对传统点衍射板进行改造，在全共路点衍射干涉仪中引入时间相位调制技术和干涉对比度可调技术，可进一步提高波前检测精度。采用反射式针孔和各种光纤结构发展了非共路点衍射干涉仪，实现了大口径、高精度球面反射镜面形的测量。本文重点阐述了用于极紫外光刻投影物镜中高精度球面反射镜面形检测的反射式针孔点衍射干涉仪，并展望了点衍射检测技术在生物检测等领域的应用前景和发展趋势。
点衍射 光纤点衍射 针孔点衍射 波前测量 生物检测 point diffraction fiber point diffraction pinhole point diffraction wavefront measurement biological detection
浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
双通道数据拼接技术能有效地增大激光雷达系统的动态探测范围, 改善大气回波信号的信噪比。提出了一种基于非支配排序遗传算法II(NSGA-II)与邻域粗糙集(NRS)的大气遥感激光雷达数据拼接智能算法, 即NRSWNSGA-II, 提高了数据拼接的准确性和稳定性。该算法以三个判断双通道数据拟合优度的评价函数为优化目标, 通过NSGA-II获得评价函数的Pareto最优解集, 进而利用NRS训练数据样本得到的权重进行线性规划, 实现了最优拟合范围内的全局随机搜索。实验结果表明, 所提算法拼接效果良好并在全天性数据拼接工作中有较好的稳定性。
大气光学 激光雷达 数据拼接 非支配排序遗传算法II 邻域粗糙集 评价函数
1 安徽大学 光电信息获取与控制教育部重点实验室, 安徽 合肥 230601
2 浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
光学自由曲面因其表面自由度较大, 可以针对性地提供或矫正不同的轴上或轴外像差, 同时满足现代光学系统高性能、轻量化和微型化的要求, 逐渐成为现代光学工程领域的热点。自由曲面的检测技术已经成为制约其应用的最重要因素, 而目前精密光学自由曲面的检测手段仍然沿用非球面检测方法。本文回顾了近年来的自由曲面检测发展历程, 对目前主流的非接触式检测方法(微透镜阵列法, 结构光三维检测法, 相干层析术, 干涉检测法)进行了重点介绍; 总结了非球面检测方法运用到自由曲面检测中的技术难点, 同时结合这些技术难点, 展望了自由曲面检测的未来发展新趋势, 主要集中在非旋转对称像差的动态补偿、分区域像差的回程误差校准及子孔径拼接技术。
自由曲面检测 干涉检测法 子孔径拼接 非旋转对称像差补偿 free-form surface testing interferometry subaperture stitching rotationally asymmetric aberration compensation
浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室， 浙江 杭州 310027
提出了一种新型的采用多纵模激光器作为发射光源的大气气溶胶遥感高光谱分辨率激光雷达(HSRL)技术。该技术将视场展宽迈克耳孙干涉仪(FWMI)作为光谱鉴频器，并在设计FWMI时使其周期鉴频特性与多纵模激光器的模式间隔相匹配，因而每个纵模的回波信号可被FWMI鉴频器进行效果一致的精细光谱分离。详细阐明了所提出的多纵模HSRL的原理和实现方式，定量讨论了制约多纵模HSRL中FWMI鉴频性能的主要因素。在1064 nm波段采用计算机仿真验证了所提技术的性能。多纵模HSRL技术可避免目前HSRL对单纵模激光器的依赖，既能减小HSRL中激光器的成本、体积和重量，又可以大幅提升了HSRL激光系统的稳定性，对我国机载和星载HSRL的研制具有一定的借鉴意义。
大气光学 激光雷达 高光谱分辨率 多纵模激光器 大气气溶胶探测
