1 中国科学院上海光学精密机械研究所精密光学制造与检测中心，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国-俄罗斯激光科学“一带一路”联合实验室，上海 201800
激光干涉仪中光学元件表面划痕和灰尘等会在干涉图中形成衍射环状相干噪声，极大影响测量精度。为了消除此类相干噪声，提出了一种基于多模光纤耦合角度变化的扩展光源方法，控制平行光束经过旋转毛玻璃耦合进入多模光纤的角度，达到抑制散斑和相干噪声的效果。通过理论推导和仿真模型构建，基于纤芯直径为1 mm的多模光纤扩展光源，在直径为25.4 mm的泰曼-格林干涉仪上进行了实验验证。结果表明：通过改变入射角度可以控制扩展光源的形态，在-3°~2°的入射角度范围内，干涉仪的信噪比最大值与正入射时相比提高了40.3%，此时入射角度处于纤端光斑形态发生变化的临界角度与正入射角度中间，且该临界值与理论推导和仿真结果一致。实验证明了所提方法可以抑制干涉仪的相干噪声。
光纤光学 干涉测量 扩展光源 相干噪声 信噪比
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
2 苏州慧利仪器有限责任公司，江苏 苏州 215123
3 苏州科技大学 物理科学与技术学院，江苏 苏州 215009
提出通过离轴照明系统抑制相干噪声的方案,设计了一种具有抑制相干噪声能力的照明系统。通过Zemax的非序列模式对照明系统进行仿真，得到了厚度为90 μm的离轴环形光斑，验证了此照明系统对相干噪声的抑制能力。将其作为19.05 mm（3/4英寸）Fizeau干涉仪的光源，设置对比实验，光源波长为632 nm，设置圆形噪点尺寸为120 μm~500 μm和尺寸为100 μm×350 μm的划痕。对设计的照明系统进行误差分析，优化照明系统成像质量，调整干涉系统参数，最终在照明光环宽度为42 μm、干涉腔长为15 mm情况下，干涉条纹的对比度提升至97.60%。
干涉测量 相干噪声 照明仿真 条纹对比度 interferometry coherent noise illumination simulation streak contrast
南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
激光干涉仪中光学元件上的瑕疵、气泡和脏点等会在干涉图中引入类似“牛眼环”的相干噪声。为解决这一问题，提出一种基于多模光纤扩展光源的相干噪声抑制方法。该方法利用扩展光源抑制相干噪声，选择最优多模光纤纤芯保证良好的干涉条纹对比度，并使用复合散斑抑制技术，通过多模光纤和旋转毛玻璃减小散斑对比度，抑制多模光纤模式干涉产生的散斑噪声。在直径为300 mm的干涉仪中进行了仿真分析与实验验证，结果表明：在直径为300 mm的菲佐立式平面干涉仪，腔长为500 mm，相机曝光时间为5 ms的条件下，将该光源系统中多模光纤纤芯直径范围控制在0.52~1.70 mm范围内，可以保证干涉条纹对比度大于0.75；干涉仪最终成像的散斑对比度维持在0.04左右，最小可以达到0.044；多模光纤扩展光源进一步提高了光源的均匀性，干涉仪中成像背景更均匀。实验证明了所提方法可以有效抑制干涉图中的相干噪声。
光纤光学 干涉测量 菲佐干涉仪 扩展光源 相干噪声 散斑 信噪比 光学学报
2022, 42(19): 1906001
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海 200093
2 苏州慧利仪器有限责任公司,江苏 苏州 215123
3 苏州科技大学数理学院,江苏 苏州 215009
4 苏州维纳仪器有限责任公司,江苏 苏州 215123
针对使用点光源的激光干涉仪在测量中容易出现相干噪声的问题,阐述了环形光源抑制相干噪声的原理,分析了环形光源半径及厚度与条纹可见度之间的关系,提出一种基于环形透镜产生环形光源的光学系统。该系统包括扩束系统、环形透镜和双远心镜头,根据菲索干涉仪中的准直镜头和干涉腔长得到环形光源的目标参数。使用Zemax分别设计了环形光源系统中的三个子系统,并保证各部分光学系统之间良好衔接。其中：环形透镜由一个非球面透镜旋转而成;双远心镜头可以使环形光源直径缩小到合理范围,并确保最后环形光源上每个离轴点的出射光束都与光轴平行。最终设计出环半径为0.38 mm、厚度为12.5 μm的环形光源,在准直透镜焦距为900 mm、干涉腔长为100 mm的情况下,干涉条纹可见度的理论值大于0.98。
测量 干涉量度分析法 环形光源 相干噪声 环形透镜 双远心镜头 激光与光电子学进展
2021, 58(1): 0112003
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
2 江苏省光谱成像与智能感知重点实验室, 江苏 南京210094
为了避免传统针孔式点衍射干涉仪中干涉成像系统所带来的误差, 提出一种无镜成像算法, 无需干涉成像系统, 从 CCD直接采集得到的干涉图复原求解被测件面形。基于平面波角谱理论构建虚拟物像共轭关系, 由CCD处直接采集到的干涉图反演至被测件共轭位置的干涉图。仿真与实验结果表明, 提出的无镜成像算法可以有效消除干涉图边缘衍射和中心衍射条纹, 同时抑制相干噪声。采用无镜成像方法可以避开干涉成像系统的设计与加工难度, 有效地保证针孔式点衍射干涉仪的测量准确度。
测量 干涉成像系统 相干噪声 无镜成像算法 虚拟透镜 平面波角谱理论
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京 100191
抑制数字全息中相干噪声可以获得更高质量的数字全息再现图像。本文提出一种结合双边滤波和小波邻域阈值的数字全息相干噪声抑制方法。对再现像进行小波变换，利用小波邻域方法对高频分量小波阈值去噪，对低频分量做双边滤波处理，最后做小波逆变换得到去噪再现像。通过仿真分析将该方法与中值、均值、维纳滤波等方法进行了比较，去噪后所得图像的峰值信噪比提高了 0.4 dB ～2 dB，与原始图像的相关性更高。利用全息实验数据验证了方法，结果表明本文方法能够有效抑制散斑噪声，同时更好的保留再现像的细节信息。
数字全息 相干噪声 散斑抑制 小波变换 双边滤波 digital holographic coherent noise speckle suppression wavelet transform bilateral filtering
目前影响高精度干涉仪测量精度的一个重要因素是系统的相干噪声, 为了提高干涉检测精度, 必须抑制系统的相干噪声。环形光源作为一种抑制相干噪声的有效手段已被广泛应用工程实践。本文利用 Zemax干涉仪建模分析了环形光源不同环半径对干涉测量精度影响, 并分析了在一定环半径下, 随着干涉腔长的增加, 对干涉测量结果的影响。仿真分析结果表明, 随着环形光源环半径的增加, 干涉测量结果的系统误差增大, 在同一环半径下, 随着干涉腔长的增加, 干涉测量的系统误差增大。
环形光源 相干噪声 误差分析 ring source coherent noise error analysis
北京航空航天大学 精密光机电一体化技术教育部重点实验室， 北京 100191
提出一种数字全息相干噪声抑制方法。首先在照明光方位角给定的前提下，通过在极向平面内连续旋转照明光，实现在多角度照明条件下记录离轴数字全息图。然后对所获得的全息图分别重构，同时利用倾斜相差补偿算法和数字图像自相关配准方法分别补偿再现像的相位倾斜及横向偏移。最后将重构像进行非相干叠加，从而有效抑制再现像的相干噪声。实验结果及相关统计评价数据皆验证了该方法的有效性。
相干噪声抑制 多离轴数字全息图 旋转照明光 数字图像自相关配准方法 coherent noise reduction multiple off-axis holograms rotation of illuminating light digital image autocorrelation registration method
1 中国科学院 光电技术研究所, 成都 610209
2 中国科学院 研究生院, 北京 100039
提出了一种利用二元相位光栅产生环形光源的新方法，并且可以实现环形光源的环半径和环厚度连续或固定可调。阐述了环形光源抑制相干噪声的原理，推导了环形光源半径及干涉腔长度与条纹对比度之间的关系。实验表明：环形光源能保持干涉条纹对比度,同时有效抑制相干噪声，环形光源模式系统的本征噪声峰谷值小于点光源模式，且没有明显“牛顿环”噪声，测量重复性和测量精度都高于点光源模式,从而提高了测量精度。
环形光源 相干噪声 二元光栅 测量重复性 ring source coherent noise binary grating measurement repeatability 强激光与粒子束
2011, 23(12): 3245
1 浙江师范大学信息光学研究所, 浙江 金华 321004
2 成都精密光学工程研究中心, 四川 成都 610041
为了提高干涉检测精度，必须抑制系统的相干噪声。根据统计光学建立了带环形光源干涉仪系统信噪比的理论模型，分析了环形光源参数、光场相干面积与系统信噪比之间的关系，以提高信噪比为目标，优化设计并采用计算全息方法控制环形光源的参数。分析结果表明，光场的相干面积与环形光源面积成反比，系统的信噪比主要由环形光源面积决定，面积相等时环形光源抑制相干噪声的效果优于圆形空间扩展光源；环形光源的参数由锥形波前的空间频谱宽度、毛玻璃与焦平面间的距离和计算全息图的空间载波频率控制。传统点光源和环形光源的对比实验表明，环形光源有效地抑制了相干噪声，将系统的平均信噪比从点光源的5.2 dB提高到8.6 dB.
干涉测量 环形光源 相干噪声 信噪比 计算全息
