正交移相干涉裝置的設(shè)計研制與實驗.pdf

1、作為精密測量的重要方法，光學(xué)干涉測量廣泛應(yīng)用于物體表面粗糙度、透明物體調(diào)制波前相位以及光學(xué)零件加工檢驗等技術(shù)領(lǐng)域。移相干涉技術(shù)是將移相器引入到干涉光路，建立干涉測量中的相位移動控制。干涉光路易受環(huán)境振動的影響，抗振是干涉裝置研制中需要考慮的因素。光路結(jié)構(gòu)的輕量化和干涉數(shù)據(jù)處理也是研制過程中的要點。因此輕量抗振以及數(shù)據(jù)算法簡單的移相干涉裝置的研制具有重要意義。本文提出了正交移相共軛干涉技術(shù)，使用偏振光學(xué)中的瓊斯矩陣推導(dǎo)了簡單快速的相位恢復(fù)

2、算法。研制了干涉裝置樣機(jī)，并對實驗室的透明連續(xù)相位板和液晶衍射光柵進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)測量與分析。論文的主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）對于正交移相干涉裝置，移相器精度與測量數(shù)據(jù)密切相關(guān)。移相器由高壓驅(qū)動電源控制，因此要對移相器驅(qū)動電壓和相移特性關(guān)系精確標(biāo)定。使用了一維閉環(huán)壓電陶瓷作為移相器，能夠?qū)φ駝雍头蔷€性誤差反饋補(bǔ)償，采用了兩種測試標(biāo)定方法。一種是使用四參數(shù)正弦擬合標(biāo)定移相器電壓相移特性的方法，一種是基于干涉圖樣明暗條紋相關(guān)性測量移相

3、器電壓相移特性的方法。兩種方法對裝置樣機(jī)中的壓電陶瓷移相器標(biāo)定，使得移相干涉的相移可控。
　?。?）正交移相干涉裝置對激光光源的準(zhǔn)直性要求較高。采用了光纖準(zhǔn)直兩級激光擴(kuò)束鏡壓縮高斯光束發(fā)散角的方法，設(shè)計了光纖準(zhǔn)直兩級激光擴(kuò)束鏡的光學(xué)機(jī)械結(jié)構(gòu)，并應(yīng)用于研制的干涉裝置中。干涉裝置樣機(jī)主要是光機(jī)結(jié)構(gòu)組件，結(jié)構(gòu)的頻響特性決定了結(jié)構(gòu)本身的抗振性能，結(jié)構(gòu)設(shè)計中要考慮輕量化和小型化。對干涉裝置中的偏振光學(xué)器件集成結(jié)構(gòu)和共軛成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)做模態(tài)分析

4、，分析了關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的頻響特征，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)設(shè)計。
　?。?）使用研制的正交移相干涉裝置樣機(jī)開展實驗。實驗分為兩部分：先測量?25.4mm連續(xù)相位板的透射波前相位，測量數(shù)據(jù)和商用干涉儀 WYKO的數(shù)據(jù)對比。結(jié)果表明：相位板波前峰谷 PV(peak to valley）值最大誤差為0.052λ（λ=1064nm），均方根RMS（root means square）值最大誤差為0.006λ。正交移相干涉裝置測量結(jié)果和WYKO的數(shù)據(jù)吻合度較好