1 重庆理工大学机械工程学院，重庆 400054
2 成都光明光电股份有限公司，四川 成都 610000
划痕是光学玻璃常见的缺陷，会导致光束质量下降、光学玻璃热效应增强、抗激光损伤性能降低等，所以在加工过程中需要对其进行准确检测和表征。选取划痕深度值为70 nm的光学玻璃为检测样本，采用光干涉法通过光波加载光学玻璃划痕信息，接着对干涉条纹图像进行图像处理和边缘检测，获取划痕的实际深度值。实验证明，光干涉法测量划痕深度值为70 nm的光学玻璃时，相对误差低于1%。所提方法为光学玻璃加工过程中发现数十纳米级的划痕深度值提供了一种检测手段。
光学干涉 玻璃划痕 图像处理 边缘检测 激光与光电子学进展
2023, 60(16): 1618001
1 湖北工业大学 湖北省现代制造质量工程重点实验室，湖北 武汉 430068
2 湖北理工学院 电气与电子信息工程学院 精密光学测量实验室，湖北 黄石 435003
绝对距离测量在基础科学和技术研发领域的重要性日益彰显。由于传统的光学干涉绝对距离测量方法存在测量距离较短、“位相模糊”、易受噪声干扰等问题，计量学领域提出利用频率合成激光开展非光学干涉的绝对距离测量研究。尽管该方法实验装置简单、具有较强的抗噪声干扰能力、适用于大尺寸测量等优点，然而它对实验装置的工作频率带宽、精度具有较高的要求，先前的工作受限于以上条件，绝对距离测量精度为厘米量级。为进一步提高测距精度，提出一种溯源北斗时间基准的非光学干涉激光扫频测距方法。采用光纤电光调制器，代替空间声光调制器，激光频率扫描范围从10 MHz提高到100 MHz；采用北斗/GPS时钟作为信号源的外部基准，频率精度达到0.03 ppm (1 ppm=10−6)；采用电子学外差探测与自混频相结合的方案，将高频交流光电流信号解调出低频绝对距离信息，降低了环境噪声和电子学噪声。实验得到绝对距离测量结果9.8436 m，测量精度1.25 mm。该方法减小了设备时基频率误差对测量结果的影响，实现大尺度测量同时测距精度比先前的工作提高了一个数量级，具有广泛的应用前景。
绝对距离测量 GPS/BDS 无光学干涉 时基校准 absolute distance measurement GPS/BDS non-optical interference time base calibration 红外与激光工程
2023, 52(5): 20220582
1 首都师范大学物理系, 北京 100089
2 中国计量科学研究院时间频率计量科学研究所, 北京 100029
介绍了一种自主搭建的测量落体在自由下落过程中旋转角速度的装置,评估了不同落体旋转角速度引入的旋转误差对重力测量的影响。针对具有旋转初速度的落体在真空腔内自由下落的运动模型,该装置采用光杠杆原理,将高精度位置传感器(PSD)作为光跟踪设备,研究并推导出落体由旋转所导致的反射光位移与下落时间的关系。然后,对PSD采集记录的时间位移曲线进行拟合,求解落体单次下落的旋转角速度值。在调整真空腔垂直度后,最大旋转角速度值可减小为16.88 mrad/s,引入的重力测值不确定度为0.57 μGal,即该状态下落体的释放更加平稳。实验表明,该装置不仅可以进一步提升绝对重力仪中落体传动机构的装调精度,还可以对光学干涉绝对重力仪工作过程中的落体姿态进行监测,进一步降低落体旋转所引入的测量不确定度。
测量 计量仪器 光学干涉绝对重力仪 落体旋转误差 光杠杆原理 角速度测量
1 中北大学 南通智能光机电研究院, 江苏 南通 226000
2 中北大学 仪器与电子学院, 山西 太原 030051
随着精密机械制造、高性能半导体器件加工等领域对位移检测要求的不断提高, 对于高性能微型位移传感器件的需求日益迫切。基于微纳光栅光学自成像效应, 提出了一种双光栅结构的光学位移检测方法。研究了~6.5μm周期微纳光栅的光强空间分布, 分析了双光栅结构光强透过特性, 并在实验中实现了1mm位移范围内的正弦信号输出。通过对输出信号进行100倍电学细分, 最终实现灵敏度为64.5nm的位移检测。所提方法具有光路简单、结构紧凑、稳定性高的特点, 可用于集成化高性能微位移传感器件与系统等应用。
微纳光栅 自成像效应 光学干涉 位移检测 光学传感 optical micrograting Self-imaging effect optical interference displacement measuring optical sensing
光子学报
2021, 50(12): 1210002
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
2 南京理工大学先进发射协同创新中心, 江苏 南京 210094
为获得三维面形的绝对分布,提出一种基于奇偶函数和Fourier级数的三球面面形重建方法。该方法在传统三球面法的测量基础上将测试面旋转90°后再次测量,将待测面面形分解为奇偶函数形式的正交基函数,并对于各正交基函数分别求解。利用实际面形进行算法仿真,面形残差均方根值(RMS)达到1.5λ/1000。将本文三球面法与两球面法、随机球法作比较,残差RMS最大为1.99 nm。针对实验中机构的旋转、平移、倾斜、离焦误差等进行量化分析,最大误差为0.90 nm。本文实现了球面三维面形绝对分布的检测,为多个球面镜的同步全口径检测提供了一种途径。
测量 光干涉测试 绝对检验 三球面法 奇偶函数法 误差分析 中国激光
2019, 46(11): 1104001
1 长春理工大学 生命科学技术学院, 吉林 长春 130022
2 吉林工程技术师范学院 量子信息技术交叉学科研究院, 吉林 长春 130052
3 吉林省量子信息技术工程实验室, 吉林 长春 130052
分子互作检测是目前食品安全检测、临床癌症病理筛查等检测领域的研究热点。为了对生物分子间相互作用进行实时、快速检测, 本文以光干涉技术为理论基础, 设计了基于光纤生物传感器的分子互作检测系统。采用了石英光纤与自聚焦透镜耦合结构, 提高了光源与干涉光的传输光路耦合效率。采用STM32微处理器作为主控制器, 实现了数据采集、三维传动机构控制、恒温震荡控制、通讯等功能。最后, 采用所设计的分子互作检测系统及美国Fortebio公司的BLItz分子互作检测系统, 分别进行不同浓度的定量检测实验, 实时检测IgG与抗原分子蛋白A的结合与解离反应。实验结果表明: 本文设计的系统检测极限达到10 μg/mL, 重复性CV值小于6%, 与BLItz接近。所设计系统检测的自动化程度高、检测过程中无需清洗、不产生交叉污染、成本低, 能够满足药代动力学研究需要。
分子亲和性检测 光干涉 光纤生物传感器 光纤耦合结构 免疫球蛋白IgG bioaffinity detection optical interference fiber biosensor fiber coupling structure STM32 STM32 immunoglobulin igg
1 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所, 江苏 南京 210042
2 中国科学院天文光学技术重点实验室, 江苏 南京 210042
3 中国科学院大学, 北京 100049
利用地基大的光学望远镜获得衍射极限成像是许多天文观测的重要目的,受大气扰动限制的分辨率可以通过在望远镜瞳面添加非冗余孔径掩模、采用闭合相位技术来突破。介绍了非冗余孔径掩模技术的发展、原理以及应用;建立了将此技术应用于双星探测的数学模型,并进行了计算机模拟及实验研究。研究结果表明,通过对非冗余孔径掩模获得的干涉图的处理,获得闭合相位,以此对双星模型进行拟合,能够获得双星的对比度与角间距。
成像系统 光干涉 双星 非冗余孔径掩模 闭合相位 激光与光电子学进展
2018, 55(11): 111101
1 College of Precision Instrument and Optoelectronics Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China
2 Advanced Fiber Resources (Zhuhai) Ltd., Zhuhai, Guangdong 519000, China
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 珠海光库科技股份有限公司，广东 珠海 519000
基于光学干涉的测量方法，通常都有高精度、高灵敏度的特点，信号易受环境干扰而不稳定，使用时须远离振源。若要将光学干涉系统用于在线检测，必须提高其抗干扰性。本文在以前的工作基础上，从干涉光路的实现方式着手，制作了一套一体化的迈克尔逊干涉装置，可用于多层光学平片的厚度检测。该装置通过巧妙的设计和高精密加工，使整个光路结构为一整体，避免了测量过程中外界干扰的影响。通过与光纤式迈克尔逊干涉系统做实验对比，验证了该装置在测试过程中有良好的稳定性和抗干扰性。最后采用宽带光源干涉的方法对多层光学平片的厚度进行测量，验证了该装置用于精密在线测量的可行性。
光学器件 在线检测 光学干涉 抗干扰 厚度检测 optical device real-time measurement optical interference anti-interference thickness measure-ment
