Author Affiliations
Abstract
1 School of Electronic and Optical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China
2 Zijin College, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210023, China
Real-time monitoring of wavelength is important for high-speed wavelength phase-shifting interferometry. In this paper, a wavelength sensor based on a polarization-maintaining fiber interferometer with four-quadrant demodulation was proposed. We built the wavelength sensing system with resolution better than 0.005 pm and 0.1 ms sampling interval and measured the response time of the tuned wavelength at 35 ms in the phase-shifting process of a commercial wavelength phase-shifting free-space interferometer, as well as the wavelength drift velocity of 0.01 pm per second in the hysteresis process. The optical fiber wavelength sensor with four-quadrant demodulation provides a real-time wavelength sensing scheme for high-speed wavelength phase-shifting interferometers.
optical testing wavelength phase-shifting interferometer polarization-maintaining fiber interferometer four-quadrant polarization demodulation wavelength sensing Chinese Optics Letters
2022, 20(8): 081201
1 中国工程物理研究院 机械制造工艺研究所，四川 绵阳 621999
2 西安交通大学 机械工程学院，陕西 西安 710049
针对移相干涉仪中移相器的标定，提出了一种基于干涉图计算移相量的迭代方法。该方法分为两步: 首先假设移相量已知，构建三元最小二乘方程计算位相; 然后假设位相已知，构建二元最小二乘方程计算移相量，同时依据三角函数关系和遍历原则，建立估算移相量计算误差的参数。利用计算机仿真和实验验证了提出方法的有效性。计算机仿真显示: 提出的方法比已有算法计算精度更高，而且误差估计值与实际计算误差偏离小于15%。在Fizeau干涉仪上开展了验证实验，利用两个电容位移传感器测量了镜架的位移。计算结果与电容传感器测量结果非常吻合，最大偏差仅为0.7 nm。另外，利用本文方法得到的误差估计值为0.52 nm，显示测量结果和计算结果的偏差在误差估计值范围内。所提出的方法可以高精度地提取移相量，且能给出移相量计算误差，是一种简单可靠的移相器标定方法。
移相干涉仪 移相器 标定 误差估计 迭代算法 phase-shifting interferometer phase shifter calibration error estimation iterative algorithm 光学 精密工程
2016, 24(10): 2565
内蒙古工业大学机械学院, 内蒙古 呼和浩特 010051
使用同步移相干涉仪重建波前相位时，需要对移相干涉图进行准确的位置配准和目标区域确定以保证重建精度和相位解缠绕算法的成功实施。提出一种基于统计分析方法的圆形域同步移相干涉图位置配准技术，对一组包含不同相位分布的干涉图按照对应像素位置进行方差分布函数计算；利用最大组间方差法完成阈值分割，从而分离出干涉图像的背景与目标区域，通过梯度运算检测出目标区域的轮廓；利用改进Hough变换算法估计出各个轮廓的绝对位置和半径参数。数值仿真结果表明，当轮廓半径大于64 pixel时，该方法的配准精度可以达到0.5 pixel。通过建立自参考同步移相干涉仪对该方法的可靠性与实用性进行实验验证。
物理光学 同步移相干涉仪 圆形域干涉图 位置配准 统计分析方法
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
由于相移式横向剪切干涉仪相移单元的分辨率、精度等参数直接影响其测试物镜波像差的精度, 本文根据相移式横向剪切干涉测试原理, 设计了采用宏微复合运动模式的相移组件, 该相移组件可在25 mm行程内实现纳米级的相移运动。重点分析了柔性铰链复合四杆结构微动单元初始设计参数间的数学规律, 计算了铰链刚度与弱截面应力, 并给出了具体的设计实例。采用有限元分析方法, 对设计实例中微动单元的相移量与压电陶瓷(PZT)出力之间的作用规律进行仿真, 并分析了相移精度。结果显示, PZT在促动力输出范围内可促动0.1 mm～1 nm的一维相移运动, 理论精度优于3.5 nm。微动单元的开环标定测试结果表明, 相移微动单元的实际精度优于5 nm。
光学测量 波像差 相移式干涉仪 剪切干涉仪 柔性铰链 optical testing wavefront aberration phase-shifting interferometer shearing interferometer flexure hinge
1 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, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
波长移相干涉仪的移相值与干涉腔长度有关，需要对其标定方可采用定步长移相算法计算相位分布。为了标定研制的斐索型波长移相干涉仪，提出一种利用干涉图直接计算定步长移相值的新算法两帧差分平均移相算法(TDA)。对该算法进行模拟仿真，验证了算法的可行性和计算精度，并进一步开展了实验研究。结果表明：运用TDA算法处理定步长移相干涉图可以获得与实际值接近的计算结果；利用TDA算法标定的波长移相干涉仪的测量面形均方根(RMS)重复性优于0.07 nm(1.106λ/10000)，达到了设计指标；用该干涉仪与Zygo干涉仪对相同元件进行比较测量，检测结果之差的RMS为0.742 nm。
测量 波长移相干涉仪标定 移相算法 可调谐半导体激光器 中国激光
2013, 40(11): 1108004
1 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, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
研制波长移相干涉仪时为了选出满足干涉仪设计指标的激光器和CCD相机，采用直接计算法和蒙特卡罗法对干涉仪系统中的主要随机误差进行建模仿真。介绍了菲佐型波长移相干涉仪的基本结构和测量原理，对振动、空气扰动和激光光源不稳定性等随机误差进行了理论分析，建立了相应的数学模型。结合误差模型进行数值仿真，获得了各随机误差大小与测量结果之间的数值对应关系，完成了激光器和CCD相机的选型和误差分配。搭建了波长移相干涉仪实验装置并对其重复性进行测量。实验结果表明，搭建的波长移相干涉仪的均方根(RMS)重复性优于0.07 nm，基本达到设计指标。
测量 重复性分析 数值模拟 蒙特卡罗法 波长移相干涉仪 中国激光
2013, 40(10): 1008003
内蒙古工业大学机械学院, 内蒙古 呼和浩特 010051
针对现有共光路径向剪切干涉仪所存在的干涉条纹对比度不可调、剪切相位差复原精度低或移相方式复杂、光学系统调整困难等缺点，提出一种对比度可调的共光路径向剪切移相干涉仪，利用偏振分束实现对比度连续可调，用偏振移相技术实现四步移相干涉。对波前重建精度的主要影响因素之一，即条纹对比度，进行深入的理论分析与实验验证；并对液晶空间光调制器(LC-SLM)生成的实际像差进行实验测试。结果表明，共光路径向剪切移相干涉仪可获得最高的条纹对比度，有关起偏角与条纹对比度之间关系的研究结果可为相关光学系统的设计与建立提供重要的理论依据。
光学设计 径向剪切 移相干涉仪 条纹对比度 波前重建
中南民族大学 电子信息工程学院， 湖北 武汉 430074
介绍了基于计算机控制的频闪显微干涉测量技术，实现了对MEMS微变形镜的表面形貌、离面变形、静态电压-位移曲线和谐振频率的测量。采用频闪成像、计算机微视觉技术以及基于最小二乘曲面拟合法的亚像素定位技术实现了对平面内微位移的测量；利用频闪成像以及5步相移干涉技术实现了对干涉相位的提取，建立了适合于MEMS微变形镜特性测试的相位解缠算法，恢复了代表被测物体表面形貌的真实相位，实现了微变形镜静动态特性的测试。测试结果表明: 频闪显微相移干涉测量技术具有测量速度快、精度高、易实现自动控制等特点。
光学测量 微变形镜 频闪成像 亚像素定位 5步相移干涉 相位解缠 optical measurement MEMS deformable mirrors stroboscopic imaging sub-pixel location five-step phase-shifting interferometer phase unwrapping
在对光学元件面形进行检测和光学系统成像质量的评价中，移相干涉测量技术有着广泛地应用。但是，光学干涉仪的测量精度对环境的要求非常苛刻，环境的振动和空气的扰动会对测量结果产生很大影响。提高移相干涉仪的抗振性很有必要，受到广泛重视。国际上移相干涉仪的抗振技术主要包括主动抗振和被动抗振两方面，两种技术具有各自特点。
光学测量 振动 移相干涉仪 抗振技术 optical measurement vibration phase-shifting interferometer vibration-insensitive technique
