動態(tài)生成理想干涉點(diǎn)源陣列的點(diǎn)源發(fā)生器的研究.pdf

1、光學(xué)自由曲面具有能夠改善光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量、減少透鏡使用數(shù)、縮小系統(tǒng)尺寸等優(yōu)點(diǎn)，使其在照明、航空航天、生物醫(yī)療等領(lǐng)域被廣泛使用。但是由于其表面梯度變化較大，使得其面形檢測成為光學(xué)領(lǐng)域的一大難題。目前，因傾斜波面干涉法(Tilted-Wave-Interferometry，簡稱TWI)具有檢測精度高、通用強(qiáng)、測量動態(tài)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，使其在自由曲面面形測量方面?zhèn)涫荜P(guān)注。
　　點(diǎn)源發(fā)生器是傾斜波面干涉系統(tǒng)的關(guān)鍵器件，產(chǎn)生用于補(bǔ)償待測件局部梯

2、度的球面波點(diǎn)源陣列。目前，國內(nèi)外研究的傾斜波面干涉系統(tǒng)中，點(diǎn)源發(fā)生器由針孔陣列、透鏡陣列和掩膜板構(gòu)成。但是由于構(gòu)成透鏡陣列的單透鏡具有球差，造成單透鏡出射的光束不是理想球面波，進(jìn)而導(dǎo)致傾斜波面干涉系統(tǒng)在測量中引入誤差;其次，透鏡陣列制作完成后，無法根據(jù)被測件的面形動態(tài)生成點(diǎn)源陣列，制約傾斜波面干涉系統(tǒng)的檢測通用性。
　　本文提出了基于光纖陣列的點(diǎn)源發(fā)生器的新方案，解決基于透鏡陣列的點(diǎn)源發(fā)生器的上述問題。研究了基于光纖陣列的點(diǎn)源發(fā)生

3、器的設(shè)計方法，并研制了各個關(guān)鍵器件，制作了用于傾斜波面干涉系統(tǒng)的光纖陣列型點(diǎn)源發(fā)生器。
　　為了保證傾斜波面干涉系統(tǒng)的相干性，在設(shè)計基于光纖陣列的點(diǎn)源發(fā)生器時采用保偏技術(shù)，保證點(diǎn)源發(fā)生器出射的任意兩束球面波之間的相干性。本文設(shè)計了基于菲索干涉原理的相干性檢測裝置，對實(shí)際研制的光纖陣列型點(diǎn)源發(fā)生器的相干性進(jìn)行了測試，證明該器件的相干性符合傾斜波面干涉系統(tǒng)的要求。
　　本文對光纖陣列型點(diǎn)源發(fā)生器的點(diǎn)源間距誤差對傾斜波面干涉系統(tǒng)的

4、影響規(guī)律做了仿真分析，得出結(jié)論為:纖芯間距誤差必須控制在15μm以內(nèi)才能使引入TWI系統(tǒng)的波面誤差小于λ/10。同時設(shè)計并搭建了光纖陣列纖芯間距測量系統(tǒng)，采用成像法獲得點(diǎn)源發(fā)生器出射兩束光的光斑圖。利用橢圓擬合方法來確定光斑中心位置并計算纖芯間距，得到研制的點(diǎn)源發(fā)生器的纖芯間距誤差為1.75μm，滿足了傾斜波面干涉系統(tǒng)的精度要求。
　　本文分析了基于光纖陣列的點(diǎn)源發(fā)生器的任意兩個點(diǎn)光源之間的初始光程差對傾斜波面干涉系統(tǒng)測量結(jié)果的影