宽带光干涉测量中的移相技术及其应用研究

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移相干涉术是一种计算机辅助的干涉测量技术。经典的移相干涉术主要应用于单色光干涉测量中。近年来,随着微观表面、宽带光椭偏参数、以及大口径光学元件测量需求的增加,宽带光干涉测量方法受到研究者们的关注。为了实现这些参数的高精度测量,本文研究宽带光干涉测量中的移相技术,主要研究内容包括以下四个部分:  (1)研究了宽带光的显微干涉PZT移相技术。建立了宽带光显微干涉模型,分析了宽带光干涉包络和移相误差对测量结果的影响。提出了定位零光程差位置的宽带光八步移相算法。通过八个干涉光强值得到对包络变化不敏感的相位值,并计算实际移相间隔,从而校正移相误差。以碳化硅镜面作为样品,比较各种宽带光移相算法在存在移相误差条件下的测量结果。结果表明,宽带光八步移相算法能够抑制测量过程中移相误差的影响。  (2)研究了宽带光的谱域干涉偏振移相技术。提出了测量光活性介质旋光色散的三步谱域偏振移相方法,通过采集三帧光谱数据得到糖溶液的旋光色散。实验结果表明,该方法能够抑制检偏器调整误差的影响,是一种实用的高精度旋光色散测量方法;提出了测量宽带光椭偏参数的4+1步谱域偏振移相方法,通过旋转补偿器采集五帧光谱数据,计算光谱两个不同频率分量的调制度和相位值,最终获得相位延迟器出射光的椭偏参数。实验结果表明,该方法不受光谱仪暗光谱噪声的影响。  (3)研究了零级相位延迟器的宽光谱标定技术。提出了标定零级相位延迟器的三步谱域偏振移相方法,基于特征椭偏态模型推导相位延迟器偏振干涉光谱的表达式,通过旋转相位延迟器得到的三帧光谱数据,实现了延迟器的宽光谱标定。该方法能够同时得到相位延迟量和快轴方向随波长的变化,在现有的通过旋转相位延迟器实现其自身宽光谱标定的方法中,该方法所需采集的光谱帧数最少。  (4)研究了大口径干涉仪中的波长调谐移相技术。大口径移相干涉仪在长干涉腔条件下,难以保证指定步长的位相调制。针对此问题,研究波长调谐随机移相算法,通过最小二乘法和迭代计算得到实际移相量,从而恢复待测相位;为了扣除干涉测量中参考镜面形误差对结果的影响,提出了旋转试件法和旋转参考镜法两种面形绝对检测方法,由泽尼克多项式分析被测面的旋转变化分量和旋转不变分量,最终恢复被测面的绝对形貌。该方法尤其适合测量高反射率镜面的三维绝对面形。
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