光的反射研究

C/CD 高 频 高 速 运 动 的 全 三 维 可 视 化 超 精 密 测 量 (
美国加洲大学伯克利分校研制的频闪显微干涉系统
收 稿 日 期 ! !""! #$$#!" !
修 订 日 期 " !""%#"$#$"
基 金 项 目 ! 航 天 支 撑 技 术 基 金 资 助 项 目 # "&$’()*"+ $ 作 者 简 介 ! 陈 家 凤 % $,-. " & ’ 女 ’ 湖 北 潜 江 人 ’ 副 教 授 ’ 博 士 研 究 生 ’ 主 要 从 事 光 电 检 测 与 信 息 处 理 研 究 ( /0123 " 456-.7!-(’89: 导 师 简 介 ! 陈 海 涛 ;$,&%#<= 男 ’ 江 苏 南 京 人 ’ 教 授 ’ 博 士 生 导 师 ’ 主 要 从 事 光 信 息 存 储 技 术 及 微 光 学 器 件 的 理 论 研 究 (
# . 分 别 是 对 应 相 移 量 为 /(& # / & # S # P & # P(& 时 干 涉 场
的 光 强 分 布 "则 有 (
# /# =7’ N 4/9?3(& * ( 0 36)& (# ! / # . / # 4
若 令 & N ( D( " 则 (
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(# # ( / # 0 O (# # ( / # 0 O ! ’ N<A9=7 (# ! / # . / # 4 (# ! / # . / # 4
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很 显 然 " 从 公 式 #(O 得 到 的 相 位 值 是 用 反 正 切 函 数 表 示 的 " 其 相 位 值 被 缠 绕 在 主 值 区 域 +/ ( EP ( , 中 ! 为 了 获 得 反 映 物 体 信 息 的 真 实 相 位 ) #!E "O " 就 必 须 将 相 位 主 值恢复为绝对相位" 即必须进行相位解缠! 解缠以 后 E 可 通 过 公 式 #!O 获 得 被 测 物 表 面 任 意 一 点 的 高 度
量 ! 因 此 "文 中 主 要 介 绍 基 于 相 移 显 微 干 涉 术 和 频 闪 成像技术
+!/0,
相结合的微变形镜测试方法"并结 合空
间及时间相位解缠算法进行数据处理" 从而测试出
-IG 机 通 过 &111 0FF 接 口 进 行 控 制 ’ 改 变 加 在 IKL
上 的 驱 动 电 压 " 即 会 使 IKL 带 动 参 考 镜 产 生 微 小 位 移 " 从 而 在 测 试 过 程 中 精 确 地 产 生 相 移 为 " D( 的 一 套
" 数据分析
"#! 静 态 形 貌 测 量
要 得 到 被 测 %1%$ 器 件 的 静 态 形 貌 " 应 将 图 4 中的遮光闸移去"从而得到反映微变形镜表面高度信 息的明暗相间的干涉条纹! 利用 . 步相移算法
-M<A6:<A<) 算 法 ’ 获 得 不 同 移 相 的 . 幅 干 涉 图 案 集 " 从
第 (- 卷第 + 期
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!""% 年 $" 月 红外与激光工程 !"#$%$&’()"*(+),&$(-"./"&&$/".((!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!A4:’ !""%
!"!# 变形反射镜特性测试系统研究
陈家凤
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! 陈 海 清 $! 向 东
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;$’ 华 中 科 技 大 学 光 电 子 科 学 与 工 程 学 院 ! 湖 北 武 汉 &(""%&B !’ 中 南 民 族 大 学 电 子 信 息 工 程 学 院 ! 湖 北 武 汉 &(""%&<
摘 要 ! 为 了 实 现 对 C/CD 变 形 反 射 镜 的 静 态 形 貌 " 动 态 离 面 变 形 及 谐 振 频 率 的 测 量 ! 提 出 了 一
源自文库
C/CD 变 形 反 射 镜 ’
文献标识码! F
频闪干涉测量系统’
+ 步相移算法’
相位解缠
文 章 编 号 ! $""%#!!%-;!""%<"+#"-%+#"+
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种基于计算机控制的频闪显微干涉测量系统# 测试中采用频闪照明技术及 + 步相移技术实现了对干 涉 相 位 的 测 量 !利 用 空 间 及 时 间 相 位 解 缠 算 法 恢 复 了 反 映 物 体 真 实 信 息 的 连 续 相 位 !从 而 得 到 了 所 需 的 特 性 参 数 $ 实 验 结 果 表 明 %该 系 统 具 有 测 量 简 便 &自 动 化 程 度 高 及 测 量 精 度 高 等 特 点 $ 关键词! 光学测量’ 中 图 分 类 号 ! E@!&%
"T"
红外与激光工程
第 !" 卷
#$%&$’ 可 进 行 面 内 运 动 # 测 量 分 辨 率 ( )*’ 和 离 面 运
动 - 测 量 分 辨 率 . )*’ 测 量 以 及 微 结 构 表 面 轮 廓 测
+(,
视 觉 系 统 "通 过 调 整 频 闪 光 脉 冲 与 该 周 期 性 激 励 信 号 的 相 对 延 时 "可 获 得 激 励 周 期 内 不 同 时 刻 的 多 幅 视 觉 图 像 "从 而 进 行 面 内 运 动 测 量 ! 若 去 掉 遮 光 闸 "则 系 统 成 为 频 闪 显 微 干 涉 视 觉 测 量 系 统 " 利 用 IKL 驱 动 器
%1%$ ! 2%3 的 静 态 形 貌 # 离 面 变 形 及 谐 振 频 率 !
! 频闪显微干涉测量系统及原理
频闪 显 微 干 涉 测 量 系 统 图 如 图 4 所 示"该 系 统 的
. 步相移 干涉图像! 利用频闪照明及移相技术"可获
得 %1%$ ! 2%3 器 件 激 励 周 期 内 不 同 时 刻 的 多 套 干 涉 图 像 集 "利 用 空 间 及 时 间 相 位 解 缠 算 法 进 行 数 据 处 理 并消除面内运动 的 影 响 "即 可 进 行 表 面 形 貌 及 离 面 运 动 的 测 量E从 而 获 得 所 需 的 特 性 参 数 !
于 基 于 C/CD 技 术 的 微 变 形 镜 有 众 多 的 优 点 ’ 目 前 已成为国内外变形镜领域研究的新方向= 而采用合适 的 C/CD ! NCW 测 试 方 法 ’ 有 效 地 描 述 其 动 静 态 特 性 ’ 从而确定其性能)可靠性和完善性又成为指导 微变形 镜 设 计)制 造 的 关 键 ( 频 闪 微 视 觉 测 量 和 频 闪 显 微 干 涉 测 量 ^$_ 是 目 前 最 先 进 的 C/CD 测 试 技 术 ’ 可 实 现
;$’ D4O??3 ?6 AP:?9394:Q?824 D429849 18R /8I2899Q28I= HS1TO?8I U82V9QW2:X ?6 D429849 18R E94O8?3?IX= *SO18 &(""%& =GO281B !Y G?339I9 ?6 /394:Q?824W 18R L86?Q01:2?8 /8I2899Q28I= D?S:O ! G98:Q13 U82V9QW2:X 6?Q @1:2?8132:29W= *SO18 &(""%&=GO281<
核 心 是 一 个 由 偏 振 分 光 棱 镜 # 两 个 4D0 波 片 # 一 个 参 考 平 面 镜 以 及 待 测 %1%$ ! 2%3 构 成 的 泰 曼 / 格 林 干 涉 仪 E 系 统 采 用 ".F )* 的 激 光 二 极 管 作 频 闪 光 源 " 用 单模光纤将激光光束耦合到显微物镜上准直成平行 光 "然 后 利 用 半 波 片 和 偏 振 片 产 生 强 度 可 调 的 线 偏 振 光 "同 时 系 统 通 过 一 个 可 转 半 波 片 在 光 束 进 入 偏 振 分 光棱 镜 前 改 变 其 极 化 角E从 而 使 光 束 进 入 偏 振 分 光 棱 镜 后 分 成 两 束 正 交 方 向 的 偏 振 光 "同 样 "通 过 改 变 半 波 片的旋转角度 还 可 以 调 整 两 束 光 的 强 度"从 而 补 偿 入 射 到 %1%$ ! 2%3 和 参 考 平 面 镜 的 光 束 的 入 射 系 数 差 " 以 获 得 高 对 比 度 的 干 涉 条 纹 $ 去 掉 遮 光 闸 %! 系 统 中 的 两 个 4D0 波 片 是 为 了 确 保 从 %1%$ ! 2%3 和 参 考 平 面 镜 上 反 射 回 来 的 光 束 直 接 成 像 在 GG2 上 而 不 会 沿 原 路 返 回 ! 系 统 采 用 频 闪 照 明 技 术 " 并 采 用 美 国 H& 公 司 的 IG& ! %&J ! 4"1 ! 4 型 多 功 能 数 据 采 集 卡 实 现 计 算机同步 控制及 数 据 采 集 "使 频 闪 光 的 闪 光 频 率 与 对
而得到与物体表面形貌有关的干涉相位! 如果将
GG2 摄 像 机 阵 列 平 面 的 坐 标 记 为 - ! E " ’ " 则 干 涉 图 样 任
图 4 频闪显微干涉测量系统图
意点的光强分布函数如下(
56784 $9:;*<=69 *<> ?@ 3=A?B?39?>69 6)=;A@;A?*;=;A 3C3=;*
# $ - ! E " ’N % # ! E " OP & # ! E " OP( !% # ! E " O & # ! E " O ! 9?3Q # # ! E " OP $ R #4O
式 中 (% #!E"O 为 两 相 干 光 束 的 初 始 相 位 差 )% #!E"O#& #!E" O 为两相干光束的光强分布 )$ 为移相量 ! 设 #4 ##( # #! # #0 #
: 引 言
C/CD 变 形 反 射 镜 ;C/CD ! NCW< 是 C/CD 技 术
应用于自适应 光 学 系 统 中 产 生 的 新 型 变 形 反 射 镜’是 自适应光学系 统 中 的 重 要 部 件 之 一 ’它 具 有 整 体 质 量 轻)能 耗 低 )振 幅 低 )响 应 频 率 高 和 集 成 度 高 等 特 点 ’ 可用于星载望远镜和照相机中’还可用于内腔 激光 器 ’提 高 输 出 激 光 束 的 质 量 ’改 善 其 能 量 分 布 ( 正 是 由