王守利[1]2003年在《非球面波长扫描干涉测试方法的研究》文中认为随着科学技术的飞速发展，人们越来越清楚认识到非球面在各种光学仪器中的特殊作用，因此近年来在光学仪器的设计和制造中，越来越多的采用光学非球面。非球面的种类繁多，尺寸、精度要求各异，其检测方法远比球面复杂和困难。尤其是大型高精度的非球面光学零件，面形检测难度更大。 本文主要是研究一种新的非球面检测方法—激光波长扫描干涉测试方法。研究的主要目的是针对在大型高精度非球面面形检测中干涉仪的参考光路和测量光路较长，干涉系统对工作台振动和空气抖动等外界干扰因素的影响敏感，干涉图不稳定等问题，提出了激光波长扫描干涉测试方法，该方法通过对瞬间读取的、与连续变化波长对应的干涉图的处理和分析，克服了上述缺点，为大型高精度非球面的检测提供了一种适用的方法。 本文对目前国内外的光学非球面的测量现状作了概略的叙述，给出了激光波长扫描干涉测试方法的原理，对波长可调谐的激光光源进行了分析，对激光器波长的变化进行了研究，对实验装置进行了初步的设计，对干涉条纹图处理方法进行了研究，并通过编写Matlab软件语言对干涉图进行了数字化处理。该方法的研究与开发，不仅可解决大型高精度非球面的面形检测问题，促进非球面的应用，而且在计算机数字图像处理技术、CCD应用技术与光学检测技术相结合方面迈出了可喜的一步。
景敏娟[2]2002年在《非球面波长扫描干涉测试方法的研究》文中指出随着科学技术的飞速发展，人们越来越清楚认识到非球面在各种光学仪器中的特殊作用，因此近年来在光学仪器的设计和制造中，越来越多地采用光学非球面。非球面的种类繁多，尺寸、精度要求各异，其检测方法远比球面复杂和困难。尤其是大型高精度的非球面光学零件，面形检测难度更大。 本文主要是研究一种新的非球面检测方法—激光波长扫描干涉测试方法。研究的目的主要是针对大型高精度非球面面形检测中干涉仪的参考光路和测量光路较长，干涉系统对工作台振动和空气抖动等外界干扰因素的影响敏感，干涉图不稳定等问题，提出了激光波长扫描干涉测试方法，该方法通过对瞬间读取的、与连续变化波长对应的干涉图的处理和分析，克服了上述缺点，为大型高精度非球面的检测提供了一种适用的方法。 本文对目前国内外的光学非球面的测量现状作了概略的叙述，给出了激光波长扫描干涉测试方法的原理，对波长可调谐的激光光源进行了分析，对激光器波长的变化进行了研究，对实验装置进行了初步的设计，并对干涉条纹图处理的方法和原理进行了简单的介绍。该方法的研究与开发，不仅可解决大型高精度非球面的面形检测问题，促进非球面的应用，而且在计算机图像处理技术、CCD应用技术与光学检测技术相结合方面迈出了可喜的一步。
于杰[3]2007年在《激光波长扫描干涉测试方法用于非球面测试的研究》文中指出随着非球面元件设计和加工技术的发展,在光学仪器的设计和制造中,非球面元件的特殊作用越来越显着,而对非球面光学元件的面形及其参数的检测也就提出了越来越高的要求。本文主要是研究一种新的非球面检测方法——激光波长扫描干涉测试方法。研究的目的主要是针对大型高精度非球面面形检测中干涉仪的参考光路和测量光路较长,干涉系统对工作台振动和空气抖动等外界干扰因素的影响敏感,干涉图不稳定等问题,提出了激光波长扫描干涉测试方法,该方法通过对瞬间读取的、与连续变化波长对应的干涉图的处理和分析,克服了上述缺点,为大型高精度非球面的检测提供了一种适用的方法。本文首先提出了课题研究的背景和意义,对国内外相关技术的发展作了简要的概述,详细介绍了非球面检测的基本理论,在此基础上,提出了波长扫描干涉测试方法的原理,构建了激光波长扫描干涉仪实验系统。实验系统的硬件部分主要包括:波长可调谐的激光光源系统、实验用光学系统、图像采集系统,本文着重对波长可调谐的激光光源进行了分析,对实验用光学系统进行了优化设计。软件部分主要包括干涉图处理系统和测量结果的输出,本文着重介绍了干涉条纹图处理的方法和原理,以及相关的算法,并完成了软件的编写。最后,在实验的基础上,给出了实际检测的样例和结果,并对结果的合理性给出了验证。
余再新[4]2016年在《四波长表面形貌干涉测量系统光路设计》文中研究表明近年来,融合光学计量技术与信息处理技术的干涉显微镜法,以其快速、高精度、无损检测等优越性,在MEMS器件的表面轮廓测量中得到了普遍应用,但都难以保证高精度和大范围的测量。本文通过分析干涉显微镜原理及结构,结合相移干涉和多波长干涉的优点,设计了基于四波长轮换的表面轮廓干涉测量系统。本文的主要研究工作分下述几点进行:第一、分析比较了林尼克、米洛、迈克尔逊叁种显微干涉结构,阐述了国内外基于显微干涉结构进行表面轮廓测量的白光相移干涉法、波长扫描干涉法、双波长或多波长干涉法等。第二、以相移干涉法基本原理为基础,阐述了双波长、叁波长、四波长相移干涉法原理,并对其进行了比较,最后提出了四波长表面形貌干涉测量系统原理。第叁、运用光学设计仿真软件Zemax,对测量系统的光路进行仿真设计与理论分析,主要分为系统准直光路仿真设计、林尼克干涉光路仿真设计,用点列图、波面质量,对设计的系统进行理论分析。第四、按照机械设计原则,采用Solidworks及Auto CAD画图软件,对测量系统的机械结构进行设计,包括总体架构设计,各组成器件之间的固定、连接、安装等结构设计。第五、论述推导了四波长干涉条纹图分析处理算法。该算法分五步进行:(1)分别获取四个波长干涉图像素点的灰度均值序列,(2)在对灰度均值序列进行椭圆拟合处理后,各像素点的初相位可通过四步相移算法计算得到,(3)定义干涉场中心为零点参考坐标,将计算得到的初相位进行归零处理,通过归零后的初相位计算远近波长相位差,(4)运用干涉理论及等效波长、数据修正思想,推导出等效波长的绝对高度计算公式,(5)用等效波长绝对高度的公式推导出对应的单波长干涉级次和绝对相位,用校正过的单波长的相位数据进行计算恢复出被测物表面形貌。第六、通过测量经由中国计量研究院校准的标准样板对测量系统进行实验验证。并将实验结果与中国计量研究院的校准数据、VR-3200型号的激光共聚焦显微镜测量的数据进行了比对,进一步验证了本文设计的测量系统。
张哲远[5]2015年在《基于中红外DFB-ICL的激光氨气分析仪研制》文中认为氨气(NH3)是一种无色、有毒的恶臭气体;空气中的氨气会促进细颗粒物(PM2.5)的生成;此外氨气也是人体的一种内源性呼吸气体。因此,氨气的检测不仅对恶臭污染控制和PM2.5污染防治有重要意义,同时也能为医学治疗提供一种有效的诊断和检测工具。本文基于TLAS技术,采用中红外DFB-ICL激光器结合空心光波导气体池,对激光氨气分析仪进行了研制和优化,主要的研究内容如下:第一,激光氨气分析仪的仪器设计。采用DFB-ICL激光器结合空心光波导对激光氨气分析仪进行整体方案设计,选取3000.3nm的氨气吸收谱线进行检测,以避开水和二氧化碳的干扰,分析了激光氨气分析仪主要模块的功能和组成;设计了采用空心光波导(HWG)气体池组成的光路和气路系统,其中激光耦合组件适用于尾纤输出、TO66封装和TO5封装的激光器。第二,中红外激光氨气分析仪的优化。针对激光氨气分析仪中存在的标准具效应,通过两种方法进行优化:1、根据其他研究人员的研究成果对仪器的调制指数进行优化;2、找到标准具条纹的来源后,对光机结构进行改进设计,两种方法都对标准具条纹干扰有很大的抑制作用。第叁,中红外激光氨气分析仪的测试评价。利用标准气体对激光氨气分析仪的检测限进行测试评价;对模块化设计进行了验证。本文设计的激光氨气分析仪,通过检测中红外的氨气吸收谱线,实现了较高的测量灵敏度,可以应用于微量气体检测和实时性要求比较高的领域。此外本仪器设计了适用于尾纤输出、TO66封装和TO5封装激光器的激光耦合组件,可以通过更换激光器及配件,用来检测近红外到中红外的气体吸收谱线,使仪器具有通用性。
张小兵[6]2014年在《非球面光学元件加工及检测技术综述》文中提出由于非球面光学元件具有优良的光学性能、紧凑的结构、低成本,其已被广泛使用于航天、航空、军事系统、通信、天文等诸多领域中。对非球面光学零件加工技术进行系统的归纳总结,并对非球面测量方法进行介绍,最后对非球面技术的发展趋势进行展望。
巴音贺希格[7]2004年在《衍射光栅色散理论与光栅设计、制作和检验方法研究》文中研究表明本文对衍射光栅色散理论与光栅设计、制作工艺和效率检验方法做了较为深入的研究。第一,在光栅理论研究方面,基于矢量衍射理论给出了一维和二维平面光栅的广义光栅方程以及角色散公式的完整解析形式,建立了衍射光栅第一类和第二类角色散概念,系统地讨论了衍射光栅两类角色散的相关特性,完善和发展了衍射光栅色散理论。第二,在光栅理论的应用研究方面,从矢量衍射理论基础出发,给出了表示平面光栅光谱仪谱线和谱带弯曲程度的精确关系式和光谱仪器的两类色散公式,数值结果表明以往所用近似公式存在不足。第叁,在光栅设计与制作方面,导出了矩形光栅衍射效率的一般表达式,分析了矩形光栅衍射光谱的缺级现象,通过数值分析发现光学头光栅纵向与横向加工误差之间存在互补性,并根据设计结果成功地研制出了VCD信号读写头光栅。第四,在金属光栅刻划工艺研究方面,建立了实际刻划光栅的物理模型,着重探讨了刻划激光光栅和计量光栅的技术要领,并应用先进的检测手段再现了光栅槽形,为提高光栅的刻划精度提供了参考依据。第五,对全息曝光系统的特点、光栅常数的精确控制方法、曝光与显影过程中常见的问题和离子束刻蚀工艺等方面的具体问题做了研究,并制作了全息—离子束刻蚀光栅。第六,论述了平面光栅衍射效率连续扫描测试原理,分析了已有光栅效率自动检验仪设计方案及其优缺点,提出了一种新的结构紧凑,精度易于实现,能够进行实时测量的全自动光栅效率检验仪设计方案,并做了可行性分析,为具体研制工作做了准备。
黄启权[8]2018年在《基于频谱分离最小二乘法的叁维轮廓测量系统》文中进行了进一步梳理物体叁维轮廓测量技术是在人工智能产业链的首要环节,作为叁维空间与二维空间相互转换的纽带,在无人驾驶汽车,遥感航拍,高精度测量等技术前沿领域得到了广泛的应用。随着当代人们对人工智能领域的不断探究钻研,对物体轮廓测量的精度要求也不断提高,因各行业对测量的环境,对象,精度都不尽相同,需要轮廓测量技术灵活适用于多种材料测量。光学零件包括各种透镜,反射镜等,适用于航空航天、生物医学、工业建筑、微电子、光学仪器测量、纳米工艺技术等行业,一直在人们生活中扮演着不可替代的重要角色。随着光学零件用途越来越广泛,对高精度光学器件的测量同样具有深远意义。而当前波数扫描轮廓测量主要应用于复合材料的测量,对高精度光学零件的平面度或曲面轮廓乏善可陈,且当前波数扫描测量算法在解调干涉数据易产生频谱信号混迭的问题。基于此,本论文提出使用玻璃载片和光学平凹透镜作为实验样品,完整的搭建了一套叁维轮廓测量系统,完成对叁维轮廓测量系统中相机的标定工作,提出基于频谱分离最小二乘法,并通过实验数据确认该算法在频谱分离上的效果。通过实际测量复合玻璃载片厚度数据与平凹透镜轮廓测量数据进行综合比较,确认频谱分离最小二乘法在物体轮廓测量的优异性。在叁维轮廓测量系统中,通过参考光楔监测激光器的输出波长线性度,CCD相机连续拍摄N张光楔与光学零件的干涉条纹图片,通过沿着时间轴方向对干涉图片每个像素点进行二维傅里叶变换,到频域中提取各个表面的干涉相位及光强信息,最后利用解卷绕方法提取相位信息并还原样品的表面叁维轮廓信息。参考前人的科研成果,并针对现有波数扫描轮廓还原理论存在的问题,本人做了如下的的研究工作:(1)为精确测量光学测量系统的轮廓还原精度,实验样本使用表面光滑且透光性好的玻璃载片和平凹透镜,在麦克尔逊干涉仪原理基础上,改进光学测量系统,并设计了一套基于频谱分离最小二乘法算法的表面叁维轮廓测量系统,并通过实验数据进行横向对比分析。(2)对装载远心镜头的CCD相机进行标定,推导像素坐标系的分辨率。并通过多组实验数据分析标定模型的标定偏差量。(3)根据信号分离理论,提出一种新的频谱分离算法:频谱分离最小二乘法,用于解决干涉表面光程差过小而引起的轮廓还原精度低的问题,并通过复合玻璃载片和平凹透镜的实际测量数据验证了该算法的优异性。
赵旭龙[9]2017年在《全息凹面光栅设计理论扩展及曝光系统检测技术研究》文中研究表明全息凹面光栅作为分光器件,具有色散、聚焦成像、校正像差、无鬼线、低杂散光等特性,自发明以来一直在高分辨率光谱仪等领域发挥重要作用。本论文作为国家重大科学仪器设备开发专项—高端全息光栅研发的一部分,对全息凹面光栅的优化设计方法、曝光系统精密检测装调技术、全息光栅掩模制作工艺做了一系列较为深入的研究。第一,对罗兰圆全息光栅、平像场全息光栅、单色仪全息光栅进行了系统性的研究,推导了基于费马原理的光程函数像差理论和光线追迹理论,提出了子午焦线、弧矢焦线和像面相拟合的优化方法,对比分析了像差优化方法、点列图优化方法的特点,从设计结果和优化时间上来看,焦线拟合法都是一种快速、高效的优化设计方法。第二,针对罗兰圆全息光栅,对比研究了相干光源位于罗兰圆上和罗兰圆外、相对基底法线对称分布和非对称分布不同情况下对像差的影响,建立了光栅优化函数,优化分配了像差权重。对相干光源在罗兰圆上非对称的曝光方式,获得优化设计结果,在保证分辨的情况下,像面弧矢展宽由20mm缩小到了2mm,提高了优化效率和光栅的光谱性能。第叁,为了更好地校正光学系统像差,提出了全息凹面光栅和球面反射镜一体化设计的方法,建立了包含球面反射镜和全息凹面光栅作为整体的物理模型,基于光程函数理论,得到了像差系数表达式,构造了像差校正目标函数,经优化得到了满意的设计结果,并分析了传统优化设计方法中出现像散增大的原因。这种用全息凹面光栅像差平衡光学系统像差的方法,在保证光谱仪器分辨率的情况下,像面弧矢展宽缩小了约4倍,有效降低了光学系统的像散和弧矢慧差,提高了光学系统光能传输效率。第四,为制作满足设计指标的高质量全息凹面光栅。结合成像光学系统计算机辅助装调原理,提出了Moiré条纹精密检测装调算法,建立了曝光系统装调误差模型,并推导了像差系数和失调量之间的函数关系。进行了Moiré条纹精密检测装调实验,通过采集Moiré条纹图像数据,运用PSI算法、边缘提取、滤波处理、解包裹等算法,反演了曝光干涉场的实时相位,在线拟合了曝光系统的失调量,验证了该算法的正确性和可行性。第五,研究了大相对孔径全息凹面光栅的优化设计和工艺制作流程,分析了光栅在优化设计和制作上的难点。对光栅进行了曝光参数和槽型结构的优化设计,为满足在大相对孔径光栅的干涉区域内,有均匀的能量分布,对曝光系统中两束光能量进行了计算,选择了高放大倍率的空间滤波器。最后,使用曝光和显影实时检测系统,制作了满足设计要求的大相对孔径全息凹面光栅。
参考文献：
[1]. 非球面波长扫描干涉测试方法的研究[D]. 王守利. 长春理工大学. 2003
[2]. 非球面波长扫描干涉测试方法的研究[D]. 景敏娟. 长春理工大学. 2002
[3]. 激光波长扫描干涉测试方法用于非球面测试的研究[D]. 于杰. 国防科学技术大学. 2007
[4]. 四波长表面形貌干涉测量系统光路设计[D]. 余再新. 湖北工业大学. 2016
[5]. 基于中红外DFB-ICL的激光氨气分析仪研制[D]. 张哲远. 天津大学. 2015
[6]. 非球面光学元件加工及检测技术综述[J]. 张小兵. 兵器材料科学与工程. 2014
[7]. 衍射光栅色散理论与光栅设计、制作和检验方法研究[D]. 巴音贺希格. 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）. 2004
[8]. 基于频谱分离最小二乘法的叁维轮廓测量系统[D]. 黄启权. 广东工业大学. 2018
[9]. 全息凹面光栅设计理论扩展及曝光系统检测技术研究[D]. 赵旭龙. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所. 2017
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