基于光学薄膜理论,采用光学特征矩阵法推导了空气隙Fabry-Perot(F-P)标准具高反射膜反射相移与入射角的数学模型,并用TFCalc膜系设计软件仿真分析了入射角范围在0°~3°时反射相移的变化,对数学模型进行了验证。结果表明,反射相移与入射角呈指数递增,入射角度在3°时反射相移为2.88×10 -3 rad。实验搭建了F-P干涉成像光路,测得F-P标准具间距为(2015.50919±0.00002) μm,相对误差限约为8.6×10 -9;与未考虑反射相移的测量结果[间距为(2015.50864±0.00082) μm,相对误差限约为9×10 -7]相比,测量准确度有了明显改善。

法布里珀罗(F-P)标准具间隔d的高准确度测量对干涉测量结果具有非常重要的影响。论文基于F-P干涉成像图片信息, 结合峰位坐标局域细分原理和圆方程回归, 尤其应用了一种新型的虚拟面阵像元细分和信号平滑化技术, 准确地求出干涉图像各同心圆环直径Di, 实现干涉级次整数部分k0和小数部分ε的准确计算, 完成F-P间隔d的三波长小数重合法测定。实验对比分析了细分和非细分方式对测量结果的影响, 测得细分方式下的d=(2 009.961 91±0.000 06) μm, d的不确定度粗估值(Uε/k0)=9.8×10-7。实验验证了像元细分方法的有效性, 为提高间隔d的测量准确度提供了有效的途径和方法。

分析了光纤阵列型点源发生器相对于透镜阵列型点源发生器的优势。针对光纤阵列型点源发生器各光纤出射光束之间存在初始光程差的问题,提出了基于马赫-曾德尔全光纤干涉仪和小数重合法的光程差检测方法。测量各光束间的光程差并将其引入到倾斜波面干涉系统的误差模型中,以消除其对被测件面形偏差解算的影响。结果表明,该检测系统的测量不确定度为0.07λ₃(λ₃=632.8 nm)。分别使用基于光纤阵列的倾斜波面干涉系统和ZYGO干涉仪对抛物面镜片进行测量,二者获得的面形偏差结果一致。

提出一种新的二元条码设计方法，可用于绝对式光电位置编码。传统的光电编码器主要基于莫尔光栅条纹技术，把位移量变为电脉冲，结构简单，但由于增量式相对测量方式，从而使得光电编码器的应用受到了限制。本文提出的二元条码设计方法，在单码道上设计了包含三种频率信息的光栅，采用二元脉冲编码调制和误差扩散的方法形成二元条码标尺。在光电位置编码器中，标尺上某一段的条码就成像在线阵CCD 上。对CCD 获取的该段条码信息进行傅里叶变换，滤波和逆傅里叶变换，得到三种频率光栅的相位信息，采用小数重合法得到该段条码的绝对相位分布，从而得到绝对位置信息。新的方法保留了单码道光栅莫尔技术结构简单的优点，同时又能像多码道光栅编码器一样实现绝对位置测量。文中给出了编码方法的详细描述，条码信息处理方法，计算机仿真实验结果，最后给出了绝对式光电位置测量的实验结果。本文提出的方法在绝对式光电位置编码器和数字水准仪等领域具有一定的应用前景。

叠相还原的困难是光栅投影式轮廓测量技术中影响可靠性和阻碍自动化测量的最大问题。 本文提出了一种新型的时域叠相还原算法非线性小数重合法,这种新方法可以将可靠测量范围扩大数十倍,而不失测量精度。文中详细论述了非线性小数重合法的原理,并给出了复杂轮廓的可靠测量的实验结果。

本文提出了利用双波长标定光学劈尖厚度的剩余小数法,详细研究了该方法所应满足的约束条件,并给出了实验结果。