苏州科技大学物理科学与技术学院江苏省微纳热流技术与能源应用重点实验室，江苏 苏州 215009
移相干涉术是一种高灵敏度的非接触式光学测量方法。该方法在光学表面测量、形变测量等许多方面被广泛应用。然而环境振动对该方法的测量结果可能产生不可忽视的影响，包括造成条纹抖动、干涉图模糊等现象。为了解决这个问题，提高移相干涉测量结果的稳定性，干涉测量中的抗振技术应运而生。本文将抗振技术分为主动与被动两大类，主动抗振旨在隔振，即削弱传播至干涉系统的振动信号强度；被动抗振旨在消振，即消除振动对干涉测量造成的影响。被动抗振技术种类繁多，本文从帧数和实时性两个方面出发，将已有的被动移相干涉抗振技术进行分类介绍并对比，并对移相干涉测量抗振技术的发展方向进行了阐述。
光学测量 移相干涉 时域移相 空域移相 单帧干涉 抗振 激光与光电子学进展
2023, 60(19): 1900005
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
2 南京理工大学先进固体激光工信部重点实验室，江苏 南京 210094
激光光束质量因子的动态测量对激光器的设计、制造与应用均具有重要意义。本文提出了一种基于远场同轴全息的光纤激光器光束质量因子动态测量方法。通过偏振移相同轴全息技术直接获取待测激光的远场复振幅信息，利用角谱传输及透镜变换理论求解激光在自由空间中的光场强度分布，从而实现因子的动态测量。实验搭建了远场同轴全息装置，测量了不同纤芯直径光纤在632.8 nm 波长下的激光光束质量，其结果与BEAM SQUARED商用光束质量仪的测量结果一致。本文所提方法仅需0.02 s即可实现光纤激光的因子测量，比商用光束质量仪的测量速度提高了两个数量级以上。此外，本装置结构紧凑，能够避免透镜引入的装调及加工误差。
光纤光学与光通信 光束质量M2因子 同轴移相干涉 角谱传输 透镜变换 光学学报
2023, 43(14): 1406001
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
2 中科院南京天文仪器有限公司，江苏 南京 210042
为抑制Φ600 mm波长调谐干涉仪测量过程中振动引起的测量误差，研究了波长调谐振动抑制算法。该算法构建了基于波长调谐移相的振动理论模型，在此基础上建立光强与初始相位的关系曲线，从它的频谱中提取谐波系数用于修正初始相位，解算出真实相位。引入评价参数误差抑制系数，将该算法应用于Φ600 mm波长调谐平面移相干涉仪，经过振动抑制算法的处理，振动引起的二倍频“纹波”误差得到较好的抑制，波面峰谷值由0.1180λ降至0.0951λ（λ为波长），均方根值由0.0164λ降到0.0135λ，结果验证了振动抑制算法在波长调谐移相干涉仪上的有效性。
测量 移相干涉 波长调谐 大口径干涉仪 振动抑制 光学学报
2022, 42(23): 2312005
1 北京理工大学 光电学院 精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室, 北京 100081
2 之江实验室, 浙江 杭州 310000
针对现有的三压电陶瓷移相器难以驱动大口径参考镜进行移相干涉测量的问题, 设计了一种用于被测镜单压电陶瓷驱动移相干涉测量系统的高精度压电陶瓷移相器驱动电源。电源采用误差放大式结构, 根据输入信号与输出采样的偏差, 通过比例作差与光耦隔离等环节输出控制信号, 进而控制MOSFET的导通状态调整充放电电流, 控制由倍压整流电路生成的直流高压源进行输出, 实现对驱动电源输出电压的稳定控制。实验表明其高精度压电陶瓷驱动电源具有在-600~+600V范围内输出连续可调电压的能力, 且纹波小于20mV, 线性度和精确度高, 稳定性好, 可实现压电陶瓷的可伸缩精确移相, 满足被测镜移相干涉测量系统进行大口径被测镜高精度面形测量的要求。
光学测量 移相干涉 压电陶瓷 驱动电源 误差放大 optical measurement phase-shifting interferometry piezoelectric ceramic driving power error amplification
当移相干涉仪受较大振动干扰时, 会导致其无法准确获取较优干涉图组, 为了解决该问题, 提出了一种基于干涉条纹图像分析的振动检测方法。从图像处理角度, 该方法分析了干涉图像中条纹的形状、数量和移相方向等特征与低频高幅度振动的关系, 从而判断其是否受较大的低频振动影响; 从统计学角度, 该方法分析了干涉图组的移相特征与中高频低幅度振动的关系, 计算出干涉图组的移相稳定性和准确性并评估整体移相质量, 来判断其是否受较大的中高频振动影响。基于上述方法开发了相应的算法, 经实验验证, 在获取序列干涉图组时, 该方法可智能地判断并筛选出受振动干扰较小的干涉图组, 进而计算出准确的波面信息, 提高了系统的抗振能力, 对移相干涉技术的实际应用具有意义。
图像处理 统计学 移相干涉技术 振动检测 抗振系统 image processing statistics phase-shifting interference technology vibration detection anti-vibration system
1 浙江大学 信息与电子工程学院, 浙江 杭州 310027
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
干涉仪是综孔径望远镜的核心器件, 与传统的分立元件干涉仪相比, 集成光学移相干涉仪结构紧凑, 用于构建综合孔径望远镜能显著优化望远镜结构并提高系统稳定性。文中报道了二氧化硅基集成光学移相干涉仪的设计和制作, 并给出了对这种器件主要性能的表征结果。研究结果表明, 集成光波导制作技术可以保证干涉仪芯片上两个方向耦合器的耦合特性的一致性; 器件的插入损耗优于1.8 dB, 插入损耗均匀性优于0.1 dB; 通过对MZ干涉仪插入损耗的测量估计了移相器的偏差, 结果显示干涉仪中90 °移相器的偏差大约为1.5 °。分析表明, 二氧化硅基光波导技术用于综合孔径望远镜用光干涉仪制作具有显著的优势。
移相干涉仪 综合孔径望远镜 集成光学 光波导 phase-shift interferometer aperture synthesis telescope integrated optics optical waveguide 红外与激光工程
2019, 48(4): 0420001
中国工程物理研究院机械制造工艺研究所, 四川 绵阳621999
针对正弦移相干涉(SinPSI)中位相调制无法精确控制的问题, 提出了一种从时域频谱提取波面信息的任意正弦调制SinPSI方法(ASM-SinPSI)。首先,根据SinPSI信号频谱的第一、三个谱峰强度关系确定调制幅度, 并采用空间随机点的方法避免了分母零值的问题, 然后从SinPSI信号的前三个谱峰中获得波面位相的正切数值与符号信息, 最后以反正切计算波面位相。数值仿真表明: 在未知调制信息情况下, ASM-SinPSI的波面位相提取误差为0.016 rad。在调制幅度为1.6、2、2.5、3 rad时的测量实验中, ASM-SinPSI均可精确提取波面位相, 与真实波面偏差的最大值为0.058 7 rad。在1.5~3.5 rad区间内的任意调制幅度下, ASM-SinPSI无需精确预知调制信息即可高精度提取波面位相, 放宽了对移相器的严苛要求。
波面测量 正弦移相干涉 位相调制 wavefront measurement sinusoidal phase-shifting interferometry phase modulation 红外与激光工程
2019, 48(3): 0317002
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
2 江苏省肿瘤医院病理科, 江苏 南京 210009
用全场光学相干层析成像(FFOCT)系统对人体离体结肠组织与肾脏组织进行了高分辨率层析成像。该系统基于Linnik干涉系统,采用白光光源照明,理论分辨率可达0.5 μm。通过面阵电荷耦合元件(CCD)采集多张样品和参考镜的干涉图,以四步移相法获取层析图。运用该系统对人体肾组织进行成像,基于肾的组织学切片特征成功辨认肾组织结构;运用系统对人体结肠组织及结肠腺癌组织进行成像,以组织学切片图像为对照,分析正常结肠组织与结肠腺癌组织的FFOCT断层图像,验证了该成像系统对人体癌变组织的鉴别能力,研究结果为FFOCT技术的临床诊断应用打下了基础。
医用光学 全场光学相干层析成像技术 移相干涉术 人体组织
