發(fā)布時(shí)間：2021-11-09 19:24

　　渦旋光是一種具有螺旋相位波前和中心相位奇點(diǎn)的特殊光場(chǎng),由于其相位的特殊性,渦旋光的光強(qiáng)呈中心為暗核的圓環(huán)形分布。隨著渦旋光在自由光通信、通信編碼、光學(xué)捕獲、光學(xué)操縱等領(lǐng)域的快速發(fā)展,利用渦旋光的相位特性開展精密測(cè)量的研究也日益增加。隨著高精度零部件在機(jī)器制造業(yè)廣泛應(yīng)用,對(duì)物體表面形貌高精度測(cè)量的技術(shù)需求也與日俱增�；跍u旋光獨(dú)特的相位性質(zhì),采用渦旋光與相移干涉測(cè)量相結(jié)合的方法在高精度物體表面形貌測(cè)量領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。本文在研究渦旋光各種特性的基礎(chǔ)上,基于渦旋光相移干涉技術(shù)進(jìn)行了物體表面形貌測(cè)量的研究�；跍u旋光與平面波干涉理論,本論文設(shè)計(jì)了渦旋光作為參考光、平面波作為測(cè)量光的物體表面形貌測(cè)量實(shí)驗(yàn)方案。本方案中利用反射式純相位液晶空間光調(diào)制器來產(chǎn)生渦旋光,并通過對(duì)液晶空間光調(diào)制器加載圖像實(shí)現(xiàn)渦旋光的數(shù)字化操控。通過采集渦旋光與平面波的干涉圖像,結(jié)合相移干涉原理和解包裹算法來獲得測(cè)量物體的表面形貌信息。本論文先利用光學(xué)軟件VirtualLab Fusion對(duì)設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行了仿真分析,其中的渦旋光和表面形貌均由液晶空間光調(diào)制器編碼產(chǎn)生,經(jīng)過對(duì)比仿真結(jié)果和預(yù)設(shè)形貌,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的可行性。最后... 

【文章來源】：中北大學(xué)山西省

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

同步獲取兩幅π/2相移干涉圖樣的移相干涉光路[67]

中北大學(xué)學(xué)位論文9基于壓電陶瓷的移相干涉技術(shù)將壓電陶瓷引入干涉測(cè)量系統(tǒng)，利用壓電陶瓷的壓電效應(yīng)，可以使得與壓電陶瓷相連的反射鏡產(chǎn)生伸縮，從而參考光路與測(cè)量光路的相位差規(guī)律變化。為如圖1-2所示天津大學(xué)的呂曉旭等人設(shè)計(jì)的基于壓電陶瓷移相器的邁克爾遜干涉儀。He-Ne激光（632.8nm）在準(zhǔn)直后，在經(jīng)分光棱鏡BS1分成兩路光。一路光照射在反射鏡M2后反射后到達(dá)分光棱鏡BS3，透射分光棱鏡BS3后入射毛玻璃屏GG，另一路光經(jīng)分光棱鏡BS2反射到與壓電陶瓷移相器相連的反射鏡M1上，經(jīng)反射鏡M1反射后到達(dá)分光棱鏡BS3，再經(jīng)分光棱鏡BS3反射后到達(dá)毛玻璃屏GG。兩路光在毛玻璃屏GG表面相交發(fā)生干涉形成干涉條紋。分光棱鏡BS4、BS5和BS6組成監(jiān)控光路單元，在光電二極管PD判斷下監(jiān)測(cè)相移過程。壓電陶瓷在電壓作用下能夠快速移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)納米量級(jí)微位移。圖1-2基于壓電陶瓷移相器的馬赫澤德干涉技術(shù)[68]Figure1-2Machzedeinterferencetechnologybasedonpiezoelectricceramicphaseshifting[68]研究發(fā)現(xiàn)基于壓電陶瓷的相移技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，高分辨率的位移、輸出力大、相應(yīng)速度迅速以及不發(fā)熱和位移重復(fù)性高等[69]。壓電陶瓷移相器設(shè)計(jì)工藝過程簡(jiǎn)單，成本要求相對(duì)較低，而且壓電晶體的伸縮特性，能與壓電陶瓷移相器相連的鏡面的移動(dòng)位移精度達(dá)到幾個(gè)納米，實(shí)現(xiàn)高精度控制，且操作方式簡(jiǎn)單，在一定程度上能夠降低測(cè)量環(huán)境中振動(dòng)的干擾。但其也存在一定的缺點(diǎn)，壓電陶瓷具有遲滯現(xiàn)象，由于其升壓與降壓曲線之間存在位移差，這會(huì)造成難以成成位移量與電壓的線性關(guān)系，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果存在誤差。壓電陶瓷具有蠕變現(xiàn)象，在控制壓電陶瓷的電壓在一段時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定時(shí)，其改變的位移在一定值會(huì)隨著時(shí)間而緩慢變化，對(duì)于要求精度很高的測(cè)量誤差會(huì)很大。另外，

中北大學(xué)學(xué)位論文10外界環(huán)境如溫度的變化都會(huì)使壓電陶瓷的輸出位移產(chǎn)生影響。這些因素都是基于壓電陶瓷移相干涉技術(shù)誤差產(chǎn)生的來源。對(duì)壓電陶瓷相移器進(jìn)行標(biāo)定可以在一定程度上消除測(cè)量過程中的系統(tǒng)誤差，或者使用反饋系統(tǒng)來矯正測(cè)量過程在壓電陶瓷的位移輸出以保證相移的精度[70]。光柵移相干涉技術(shù)光柵相移干涉技術(shù)是通過在干涉光路中加入衍射元件實(shí)現(xiàn)相移的方法。常用的衍射相移器件有衍射光柵和聲光調(diào)制器等[71]。如圖1-3所示為Cole.G.C等人在1997年提出了一種基于聲光調(diào)制（AcousticOpticalModulator，AOM）的反饋式移相干涉儀。聲光調(diào)制器作為一種衍射光柵，是光柵相移技術(shù)中典型的相移器件，同時(shí)使用聲光調(diào)制器件可以用于補(bǔ)償振動(dòng)誤差。文章中通過使用高速度的光電二極管用于判別干涉時(shí)由于振動(dòng)產(chǎn)生的誤差信號(hào)，利用DSP處理后實(shí)現(xiàn)聲光調(diào)制器實(shí)時(shí)補(bǔ)償。聲光調(diào)制器作為相移器件的相移方法能夠?qū)Νh(huán)境振動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且可以快速響應(yīng)補(bǔ)償振動(dòng)產(chǎn)生的誤差。同樣，該相移技術(shù)也存在其缺點(diǎn)，雖然在一定程度上聲光調(diào)制器對(duì)誤差有所補(bǔ)償，但是通過這種相位補(bǔ)償?shù)姆绞綍?huì)是干涉條紋的對(duì)比度下降，聲光調(diào)制的拉曼奈斯衍射效應(yīng)將導(dǎo)致光場(chǎng)的頻率和光強(qiáng)產(chǎn)生變化。因此，這是這種相干涉方法中今后需要中內(nèi)光電解決的問題。圖1-3基于聲光調(diào)制的反饋式移相干涉儀[72]Figure1-3Feedbackphase-shiftinginterferometerbasedonacousto-opticmodulation[72]空間光調(diào)制器移相技術(shù)空間光調(diào)制器是一種衍射元器件，利用外加電壓控制液晶分子的指向方向，從而實(shí)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于干涉條紋相關(guān)性測(cè)量PZT相移特性的方法[J]. 趙英明,楊若夫,楊春平,馬小莉,程馬兵.  壓電與聲光. 2016(03)
[2]渦旋光束拓?fù)浜芍档母缮鏈y(cè)量方法[J]. 周洋,李新忠,王靜鴿,王輝,李賀賀.  河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2016(03)
[3]二維方向小波構(gòu)造的新型散斑相位奇異法測(cè)量面內(nèi)微位移[J]. 高毓羚,潘廣貞.  中國(guó)激光. 2015(11)
[4]邁克爾遜干涉儀對(duì)壓電陶瓷動(dòng)態(tài)特性的研究[J]. 孫寶光,譚仁兵,張啟義.  壓電與聲光. 2015(05)
[5]光學(xué)渦旋應(yīng)用于微測(cè)量的研究進(jìn)展[J]. 孫海濱,劉婷婷,孫平.  激光雜志. 2015(06)
[6]同步移相干涉儀中的延遲陣列移相特性研究[J]. 鄭東暉,陳磊,李博,李金鵬,烏蘭圖雅.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2015(04)
[7]利用液晶空間光調(diào)制器產(chǎn)生高階拉蓋爾高斯光束[J]. 郭帥鳳,劉奎,孫恒信,張俊香,郜江瑞.  量子光學(xué)學(xué)報(bào). 2015(01)
[8]基于液晶空間光調(diào)制器的同步移相共光路干涉技術(shù)[J]. 郝本功,鐘志,刁鳴,單明廣.  光電子.激光. 2013(06)
[9]分?jǐn)?shù)階雙渦旋光束的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 方桂娟,孫順紅,蒲繼雄.  物理學(xué)報(bào). 2012(06)
[10]用反射式純相位液晶空間光調(diào)制器產(chǎn)生渦旋光束[J]. 薄斌,門克內(nèi)木樂,趙建林,程明,杜娟,寧安琪.  光電子.激光. 2012(01)

博士論文
[1]基于幾何位相的光學(xué)軌道角動(dòng)量產(chǎn)生與調(diào)控研究[D]. 靳金金.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所) 2018
[2]渦旋光束的高效產(chǎn)生與檢測(cè)[D]. 陳瑞山.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2018
[3]光學(xué)相移位相測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研制與實(shí)驗(yàn)[D]. 呂曉旭.天津大學(xué) 2004

碩士論文
[1]單晶硅片超精密磨削表面形貌的測(cè)量和表征[D]. 葛琦.大連理工大學(xué) 2019
[2]基于結(jié)構(gòu)光照明顯微的多視角表面形貌測(cè)量方法研究[D]. 任斐斐.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所) 2019
[3]基于白光干涉儀三維表面形貌研究[D]. 尹雄.武漢工程大學(xué) 2018
[4]正交移相干涉裝置的設(shè)計(jì)研制與實(shí)驗(yàn)[D]. 趙英明.電子科技大學(xué) 2017
[5]渦旋光束產(chǎn)生及深聚焦中的奇點(diǎn)分裂現(xiàn)象研究[D]. 王慧.華僑大學(xué) 2016
[6]光軌道角動(dòng)量模分復(fù)用技術(shù)在光通信中的應(yīng)用[D]. 張基彪.電子科技大學(xué) 2016
[7]相移干涉術(shù)中相移非線性誤差的分析及校正算法的研究[D]. 張濤.哈爾濱工程大學(xué) 2015
[8]渦旋光束的特性研究[D]. 陳志婷.燕山大學(xué) 2013
[9]液晶光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)光波移相的實(shí)驗(yàn)研究[D]. 顧佳佳.遼寧師范大學(xué) 2013
[10]液晶空間光調(diào)制器在光學(xué)渦旋和共線全息中的應(yīng)用研究[D]. 薄斌.內(nèi)蒙古大學(xué) 2012



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