光子学报
2023, 52(11): 1111002
1 中国科学院 空天信息创新研究院，北京00094
2 中国科学院大学 光电学院，北京100094
全视场外差动态干涉仪在面形测量方面具有测量精度高、抗干扰能力强等优点，适合用于长焦距面形的动态干涉测量以及大口径光学元件的测量。但是干涉仪系统内部光学元件性能不理想以及元件装配存在误差等，会在干涉光路中引入频率混叠，影响干涉仪的测量精度。为了分析混频对全视场外差动态干涉仪测量精度的影响，从混频产生的原因出发，建立了由混频引入的测量误差的理论模型，分析了混频程度对测量精度的影响，分析结果表明，测量误差与混频程度呈非线性正相关，混频会造成测量面形结果上叠加一个和干涉条纹相同频率的周期性误差。搭建了全视场外差动态干涉测量实验系统，验证了不同混频程度对面形测量精度的影响，当混频程度为0.029时，面形测量误差为0.053λ；当混频程度为0.120时，面形测量误差为0.110λ，与仿真分析结果吻合。本文的研究对研制高精度全视场外差动态干涉仪具有实际意义。
干涉测量 全视场外差 混频 测量误差 interferometry full-field heterodyne frequency mixing measurement error 樊国翔 1,2,3李杨 1,2,3,*张文喜 1,2,3伍洲 1,2,3吕彤 1,2
1 中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094
2 中国科学院计算光学成像技术重点实验室，北京 100094
3 中国科学院大学 光电学院，北京 100094
双波长干涉检测技术可以实现高动态范围与高测试精度的兼顾，是一种极具潜力的检测技术，用于干涉检测的压电位移机械移相技术存在着一些问题，使用全视场外差移相技术，低频差的外差光源与面阵探测器采集帧率相配合，相较于传统的压电位移机械移相技术，可以同时保证不同波长的移相精度，简化移相的复杂度，且可以方便实现多步移相。提出了全视场外差移相双波长干涉测量技术，并搭建了全视场外差移相双波长干涉测量系统，测试了在边缘最高偏离顶点球13 μm的非球面以及高度为(1.3±0.1) μm的台阶，经过实验验证其非球面面形PV测试精度为λ/3.53 (λ=633 nm)，面形PV测试重复精度为λ/77.38，面形RMS测试精度为λ/14.16，面形RMS测试重复精度为λ/919.10，台阶高度测试精度为λ/16.19，测试重复精度为λ/311.85。
面形检测技术 全视场外差 双波长干涉 非球面 移相 surface testing technology full-field heterodyne two wavelength interferometry asphere phase shifting 红外与激光工程
2022, 51(9): 20220118
北京理工大学 光电学院 光电成像技术与系统教育部重点实验室，北京 100081
为了解决传统激光雷达几何因子计算方法存在偏差的问题，通过几何光学推导出望远镜中全视场和半视场的视场函数，通过对均匀发射激光光束区域的视场函数二重积分与激光光束截面积的比值得到几何因子.考虑激光光轴倾斜失调的影响，推导出大气探测同轴激光雷达的几何因子计算公式.根据所提出的计算公式对典型大气探测同轴激光雷达的几何因子进行计算，并与传统方法进行了对比，结果显示最小全重叠距离一致.最后分析了与激发发射相关的激光光束直径、发散角和激光光轴倾斜角对几何因子的影响，结果表明激光发散角的影响比光束直径更大.该方法适用于均匀分布激光发射光束的激光雷达几何因子快速计算，可为激光雷达的光机设计提供参考.
激光雷达 几何因子 全视场 大气探测 同轴 Lidar Geometric factor Full field of view Atmospheric detection Coaxial 光子学报
2020, 49(10): 1001001
1 中国科学院 光电研究院 计算光学成像技术重点实验室, 北京 100094
2 中国科学院大学 光电学院, 北京 100094
针对工业检测中对微米量级测量精度、秒级测量时间的检测需求, 提出了全视场外差短相干形貌测量方案。本方案采用短相干光源, 实现大步长测量, 节约扫描时间; 采用全视场外差技术, 实现干涉轮廓的快速反演, 在抑制振动、直流噪声对测量精度影响的同时, 提高数据反演的效率。搭建了实验验证系统, 对测量时间和测量精度进行了实验验证, 结果表明, 系统的探测时长小于10 s, 测量精度优于2 μm。后续经进一步优化设计, 探测时间可小于5 s, 探测精度优于微米量级。该方案具有测量速度较快和测量精度较高等优势, 在对效率要求较高的工业检测领域具有一定的应用前景。
光学测量 三维形貌 短相干测量 全视场外差 optical measurement three-dimensional profilometry short coherent light source full-field heterodyne
1 中国科学院 计算光学成像技术重点实验室, 北京 100094
2 中国科学院大学 光电学院, 北京 100049
结构光三维测量技术具有快速、无损接触、重复性好等特点, 被广泛应用在模具检测及工程制造中, 但传统投影式结构具有离焦模糊的缺点。本文采用全视场外差干涉的原理, 使用高精度声光移频外差干涉条纹代替传统光栅投影中的编码条纹, 与传统工业相机结合使用便可获取快速的全视场三维数据。根据对系统参数的建模计算, 设计加工了外差干涉三维测量仪, 联合使用电动平台及棋盘格标定板来获取该系统的相位高度映射模型, 最后对标准陶瓷台阶进行了测量。实验结果复现了原物体的三维形貌及高度信息, 在30°的观测角下系统的高度分辨率为22 μm, 视场内的空间分辨率优于58 μm, 测量标准陶瓷平板, 高度误差为75 μm。该方法具有检测速度快、体积紧凑、抗环境干扰性强等特点。
三维测量 全视场外差 声光移频 相位高度映射 three dimensional measurement full-field heterodyne acoustic optical frequency shifter phase-to-height 光学 精密工程
2019, 27(10): 2097
伍洲 1,2,3李杨 1,2,3,***相里斌 1,2,**张文喜 1,2,3,*[ ... ]吕彤 1,2,3
1 中国科学院光电研究院, 北京 100094
2 中国科学院计算光学成像技术重点实验室, 北京 100094
3 中国科学院大学, 北京 100049
提出了一种适用于长焦光学镜片面形测量的新型激光干涉仪。利用全视场外差移相技术能有效抑制振动和大气等环境因素对长腔干涉测量的影响,采用Twyman-Green干涉仪结构,实现测量波面和参考波面的外差相干测量。搭建了实验验证系统,实验证明该方案能较好地抑制外界振动和大气湍流对测量精度的影响,实现了较高精度的长腔干涉测量,仪器的RMS(Root Mean Square)重复测量精度达到0.45‰λ。该技术可以作为长腔干涉测量的可选方案之一。
测量 全视场外差 长腔干涉 面形检测 低差频移相
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学,安徽 合肥 230026
相对辐射校正是实现多角度偏振探测仪全视场高精度辐射定标的关键技术之一。提出了一种高精度自动化的相对辐射校正方法, 采用15×15个分视场扫描测量的方式,通过高精度大型二维转台和大口径积分球参考光源实现全视场的辐射响应测量; 模拟在轨工作模式,规范了数据采集流程,编写数据采集软件实现了辐射响应图像数据获取;设计数据图像拼接算法和相关 的数据处理方法,完成了相对辐射校正的数据处理和精度分析。数据比对分析和精度分析结果表明相对辐射校正精度在0.5%～0.8%之内。
相对辐射校正 辐射定标 全视场 图像拼接 精度 relative radiometric correction radiometric calibration full field image mosaicking precision 大气与环境光学学报
2018, 13(2): 141
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
围绕实际检验工作中遇到的问题, 以及国家推荐标准GB/T 10899-2009光学系统杂(散) 光测试方法中提出的要求, 论述了对光学系统全视场杂散光系数进行测试的必要性以及测量方法, 通过对现有杂散光测试装置的改造, 实现了对光学系统全视场杂散光系数的测试, 给出两种变焦距镜头全视场杂散光系数测试结果和分布状态曲线, 得到结论: 基本参数相近而型号不同的光学镜头, 其杂散光系数和分布状态会存在很大的区别。光学与机械结构形式不同是造成该区别的主要原因。测试数据能对光学系统杂散光抑制能力的提高起到参考作用。
杂散光 全视场 分布 stray light full field of view distribution
国民核生化灾害防护国家重点实验室，北京 102205
非全视场条件下测试物体辐射特性时，背景干扰是影响其准确性的最关键因素。根据普朗克辐射定律，通过方法研究和公式推导消除背景干扰，建立了非全视场条件下目标辐射特性的测试和计算方法。在此基础上，采用SR-5000N光谱辐射计，在全视场和非全视场两种模式下开展铝板和碳纳米管(MWCNTs)复合涂层的红外光谱发射率测试实验，进一步验证该测试计算方法的有效性。结果表明，在非全视场条件下，尤其在测定高发射率目标时，该方法得到的样品红外发射率与全视场条件下的测试结果数据较为一致，可基本反映样品的真实光谱特性，有效解决了视场大小对目标辐射特性测试的局限，拓展其应用领域。
光谱辐射 发射率 非全视场 测试 计算 spectral radiation emissivity non-full field of view measurement calculation
