针对大气湍流环境下光学元件平面面形PV值测量这一问题。首先建立了一种大气湍流下斐索干涉仪的模型,通过该模型得到1000张干涉条纹图像; 然后提出了一种基于卷积神经网络估算PV值的方法,将干涉条纹图像作为卷积神经网络的输入,利用卷积神经网络提取图像的特征信息,得到PV值; 最后将得到的结果与ASTM计算得到的结果、相位解包裹得到的结果以及BP神经网络得到的结果进行对比,发现利用卷积神经网络的方法偏差为2.25×10-4λ,较ASTM、相位解包裹以及BP神经网络得到的结果偏差更小。实验结果表明此方法具有抗干扰性强、精度高、运算快的优点,是一种有效的抗大气湍流影响的光学检测方法。

相移器是斐索干涉仪的核心部件，其关键为压电陶瓷(PZT)致动器，而其迟滞非线性特性严重影响了相移精度，对光学元件的形貌检测造成不利影响。该文首先设计了PZT的控制系统，利用National Instruments(NI)动态数据采集设备(PCIe 6321)、LabVIEW系统及电压放大器组成电压驱动系统产生驱动信号，利用电阻式应变仪、惠斯通电桥作为位移传感器采集位移;其次，提出了一种多项式模型及基于PZT传递函数的前馈开环校正算法对PZT进行建模及校正;最后，在实验系统上对该算法进行了验证。实验结果表明，校正后，相移器的相移误差可被改善，校正前、后位移差小于10%。该系统可有效校正非线性，从而降低非线性相移对测量结果的影响，满足检测光学元件面形的高精度要求。

提出了一种采用斐索干涉仪测量由交叉相位调制产生的非线性相移的实验方案,得到了不同探测光功率、控制光功率和偏置电流条件下的相移公式。结果表明,非线性相移与控制光功率和偏置电流呈单调递增关系,与探测光功率呈单调递减关系,优化设计了半导体光放大器交叉相位调制的工作点。提出了影响非线性相移的最佳相位调制点的确定方法,得到π/2相移的最佳相位调制参数:探测光功率为0.29 mW,控制光功率为0.5 mW,偏置电流为276 mA。

设计了一款口径为30.48 cm高精度斐索激光干涉仪参考镜,其F数为0.82,参考面半径为224.99 mm。所设计的参考镜其透射波前峰谷值为0.095 λ,均方根值为0.028 λ,透射波前斜率最大值为11 μrad。理论分析了参考镜的回程误差对面形检测精度的影响,其最大值为0.29 nm。利用Zemax光学设计软件对参考镜进行了仿真分析,仿真与实验结果表明,该标准镜头可满足精度1 nm的元件面形检测需求。

为分析光学平面面形偏差, 以直径100 mm光学平晶为检测对象, 利用斐索干涉仪采集了被测光学平面的波面干涉图, 按照美国材料与试验协会(American Society for Testing and Materials, ASTM)标准方法, 通过分析, 能够定性反映出被测光学平面的面形偏差。计算并分析了波面偏差指标峰谷值PV和均方根值RMS, 将计算结果与利用ZYGO斐索干涉仪测得的数据对比, 偏差为10-3λ, 符合光学检测要求。综合考虑可操作性和计算精度, 这种基于ASTM的方法是一种行之有效的光学检测分析方法。

为了在强电磁干扰、高温、高压等恶劣环境下实现压力的测量,进一步提高传感器的小型化并降低其制作成本,提出并设计了一种基于白光干涉解调的光纤法布里-珀罗压力传感器,实现了传感器的压力测量.基于微机电系统技术,采用光刻、阳极键合以及化学腐蚀的方法制作了以硅和玻璃构成的法布里-珀罗腔体,使用二氧化碳激光器对法布里-珀罗腔体与光纤进行焊接.基于白光干涉解调技术,利用斐索干涉仪与法布里-珀罗腔体的互相关关系对传感器进行了解调,并做了压力实验.实验结果表明：传感器在120~300 kPa范围内具有较高的腔长变化灵敏度和线性度,分别为9.012 7 nm/kPa和99.9%;传感器分辨率为0.1 nm,重复性为0.1%.研究成果对低成本、高一致性光纤F-P传感器的批量制作具有一定的参考价值.

在激光应用中需要精确、快速测量所用激光的波长,本文介绍了一种测量激光波长的方法,其光路基于斐索干涉仪,并通过光路准直与滤波而产生平行干涉条纹,通过线阵CCD采集并经计算机处理后能够以较高的精度测量激光波长.

讨论了自聚焦透镜的长度对自聚焦透镜斐索干涉仪面形测量的影响,给出了面形干涉图中相邻干涉条纹半径的平方差随自聚焦透镜长度和面形曲率半径变化的三维曲线、待测面R→∞时的二维曲线以及自聚焦透镜的长度对面形测量范围的影响,并用平面作待测面给出实验值,验证了实验与理论的一致性。

采用LD泵浦的单纵模Nd:YVO4倍频激光器、自聚焦棒以及三维精密调整架构成斐索型干涉仪,它具有同时测量微区振动和面形的功能,着重给出了测量微区面形的实验结果和理论分析。