横向剪切干涉实验
基于四波横向剪切干涉法的超表面光学表征
基于四波横向剪切干涉法的超表面光学表征自从J. B. Pentry教授在1996年开始提出超材料结构的负折射原理,Roger M. Walser教授1999年正式提出了超材料metamaterial的名词。
现如今,超材料已经从最初材料性研究,慢慢的过度到器件方向,而由于微纳工艺的发展,亚微米乃至纳米级周期性结构得以实现,超材料在可见光和近中红外等区域的研究近年来也逐渐增多,由此衍生的超表面、超透镜等也变成了光学前沿和技术热点,甚至于被誉为光学领域新的革命性技术。
原理知识超表面是由大量亚波长单元在二维平面上周期或非周期排布而构成的人工结构阵列,能够对电磁波进行灵活操控。
由于超表面具有超薄结构和较强的可自主设计性而受到广大研究者青睐。
超透镜是一种二维平面透镜结构,其体积极小,重量轻,易于集成,可实现对入射光振幅、相位、偏振等参量的灵活调控,在超分辨显微成像、全息光学、消色差透镜等方面有重要应用。
业内痛点超表面的目前发展主要局限于光学设计能力,在宏观基底材料上的制造数十亿纳米级结构的非均匀组装的能力以及加工成型后测量能力。
对于成型后的测量,学术界主要使用以下几种方法:第一椭偏法,该方法应用面较窄,仅适用于基于正交光偏振之间的相位差测量;第二干涉测量法,通常是基于两束光(其中一束用作参考)交汇在检测平面上进行干涉。
但是该方法对实验环境要求高,抗震能力低,导致灵敏度差,而且对机械结构要求很严格,不易于实施。
业界有提出三光束干涉的方法,其中第三束光用于分析实验期间的环境变化,但是这样会使设备结构更为复杂。
第三扫描近场光学显微镜法,该方法提供接近衍射极限的分辨率,并允许对任意复杂纳米颗粒阵列的近场相位响应进行成像,但是这种方法是一种侵入式测量方法,而且太依赖于纳米探针针尖的性能。
第四间接测量方法,如针对超透镜的偏振转换效率的测量等方法。
上述的几种方法均为部分表征或间接测量,那么有没有一种更有效的能直接的测量手段呢?今天借着本文,和大家介绍一下Phasics公司的基于四波横向剪切干涉技术的波前传感器在超表面方面的测量方案。
相移雅满横向剪切干涉仪
1158中国激光36卷得到被测相位差为一arctan矬.㈣,利用公式(10)即可求解干涉图中每一点的相位差凹,经计算机处理即町获得高精度的波面检测结果‘9|。
剪切平板前两块起偏器的厚度很容易实现相等。
若起偏器选用偏振片,由于偏振片的面积可以很大,将一块大面积的偏振片分割成两块偏振片使用可以使两块起偏器的厚度相等。
若起偏器选用偏振棱镜,则选用相同结构、尺寸的偏振棱镜即可使两块起偏器的厚度相等。
合束后的光束共同通过1/4波片与检偏器,可见偏振相移器不会破坏等光程干涉特性,同时起偏器,1/4波片与检偏器易于实现消色差,故该相移雅满横向剪切干涉仪可仍然适应于低相干性光束,如白光的波面检测。
同时,相移过程中只需要旋转检偏器,且剪切量的改变与相移器不相关,因此该相移雅满横向剪切干涉仪的结构简单且操作方便。
3实验实验光路足存已有的稚满横向剪切干涉仪中插入偏振相移光路来实现的。
雅满横向剪切干涉仪中雅满平板与楔形剪切平板的光学材料均为K9玻璃,两块雅满平板的光学尺寸完全相同,均为155mm×70mrnX40mm.两块楔形剪切平板的光学尺寸也完全相同,其厚度为40n'llTl,楔角为20”。
偏振相移光路中所用起偏器与检偏器均为消光比为100:1的偏振片,其中起偏器的口径为乒40into,检偏器的口径为650mm。
1/4波片是相位延迟量精度为A/300(A为632.8rim)的石英波片,其口径为壬50mm。
干涉图由CCD相机接收。
被测光束是口径为声40mm准直的氦氖激光束,由氦氖激光器出射的激光经过聚焦透镜、针孔和准直透镜所形成。
首先调整楔形剪切平板前两块起偏器的透光轴相互垂直并与第一雅满平板的入射面平行或者垂直,检偏器的透光轴,1/4波片的快轴与两块起偏器的透光轴分别成45。
角,此时采集的剪切干涉图如图3(a)所示。
然后依次将检偏器旋转45。
,90。
和135。
,所采集到的剪切干涉图分别如图3(b)~(d)所示。
横向剪切干涉原理
横向剪切干涉原理
我们知道,当两束光相互垂直时,它们将会被叠加在一起,形成干涉。
但在现实生活中,我们总是可以看到两束光互相平行,而不会发生干涉。
这是为什么呢?
这就要提到我们今天要介绍的横向剪切干涉了。
横向剪切干涉是一种新的干涉现象,它是在光的横向方向上发生的干涉。
首先我们来了解一下光的三大基本波动现象:衍射、干涉和衍射积分。
当光在两个界面发生散射时,发生了衍射现象。
当光通过界面时,部分能量被界面散射出来,部分能量被界面吸收,而另一部分能量则被界面反射回来。
这样,两束光的波长就会发生干涉。
在光学中,干涉现象一般可以分为平面干涉和曲面干涉两类。
平面干涉是指平面上的两个光学元件(如透镜、棱镜等)在空间上平行排列时,在同一平面内所产生的两个或两个以上不同波长的光波之间相互干涉的现象;曲面干涉则是指同一平面内不同曲面之间存在的光波相互干涉的现象。
那么我们有没有办法可以让光在平面上发生横向剪切呢?当然是有的。
—— 1 —1 —。
透镜初级球差的横向剪切干涉条纹研究
透镜初级球差的横向剪切干涉条纹研究
横向剪切干涉条纹是一种重要的望远镜配置以及测量仪器附件,其利用透镜组
的球面曲面分光情况,实现对镜体的精细检测。
本研究是针对透镜初级球差的横向剪切干涉条纹进行的深入分析。
首先,本研究着重于球差及横向剪切干涉条纹之间的关联关系。
通过深入探究、理论计算及实验测量,发现透镜初级球差由球形衍射和椭圆衍射两种情况构成,而横向剪切干涉条纹中,前者生成两条条纹,后者四条条纹,且对应各自的球差度。
其次,本研究以光学设计及检测技术为基础,进行了横向剪切干涉条纹形成的
模拟分析,得出相应的结论:当测试物镜体的透镜初级球差为正时,在1座标面上产生的横向剪切干涉条纹将会成为两部分;当球差变为负时,横向剪切干涉条纹将逐渐消失,并产生了向外扩展的椭圆条纹。
最后,本研究也开展了新型测量仪器的设计,以便准确地测量出镜片的横向剪
切干涉条纹,以及提高测量效率。
研究结果表明,透镜初级球差与横向剪切干涉条纹之间的关系可以通过精确的测量与计算而实现,对提升镜体制造工艺的质量,为望远镜学及光学测量技术提供了重要的参考依据。
横向剪切干涉实验
横向剪切干涉实验实验目的利用一个焦距为190毫米的单薄透镜的剪切干涉条纹的分布求出该透镜的轴向离焦量及初级球差比例系数。
实验元件HeNe激光、反射镜、小焦距透镜、薄透镜(190mm)、平行玻璃扳、白屏、带变焦镜头的CCD、处理软件准直镜实验原理剪切干涉是利用待测波面自身干涉的一种干涉方法,在横向剪切干涉测量中,从相互垂直方向上剪切干涉图获得的差分波前可以恢复待测的二维波前。
本次实验是利用平行平板来产生横向剪切干涉的装置,由于平行平板有一定厚度和对入射光束的倾角,因此通过被检测透镜后的光波被玻璃平板前后表面反射后形成的两个波面发生横向剪切干涉,剪切量为s ,'cos 2i dn s =,其中d 为平行平板的厚度,n 为平行平板的折射率,'i 为光线在平行平板内的折射角。
S 一般为1到3毫米左右。
当使用光源为氦氖激光时,由于光源的良好的时间和空间相干性,就可以看到很清晰的干涉条纹。
条纹的形状反映波面的象差。
(一)扩束镜焦点A 与被测准直透镜焦点F 不重合(即物点与F 不重合),但只有轴向离焦( ∆z 不为零,y0=0):)(),(221ηξηξ+=a W (7)由于剪切方向在ξ方向,所以:s a s W ξηξ∆12),,(= (8) 所以干涉条纹方程为:12m a s λξ=(m=0,±1, ±2,…)(为平行于η轴,间隔为12a s λ的直条纹,剪切条纹的零级条纹在0=ξ)。
(二) 扩束镜焦点A 与被测准直透镜焦点F 不重合,只有轴向离焦( ∆z 不为零,y0=0),透镜具有初级球差(b3不为零),.剪切方向在ξ方向:2223221)()(),(ηξηξηξ+++=b a W (9)所以波象差方程为332231))(2(2),,(s b b a s s W ηηξηηξ∆+++= (10)此时亮条纹方程为:λξηξξm s b b a s =+++332231))(2(2(m=0,±1, ±2,…)(a) (b) (c)实验装置如图2所示,剪切量取2.5毫米,凸薄透镜焦距为f '=190mm 。
同步移相横向剪切干涉测量技术的研究的开题报告
同步移相横向剪切干涉测量技术的研究的开题报告摘要:同步移相横向剪切干涉测量技术在现代光学测量技术中起着重要的应用作用。
本文针对该测量技术,进行了深入的理论研究和实验探究,总结了同步移相横向剪切干涉测量技术的基本原理、测量方法和应用场景,并提出了一些相关的研究思路和方向。
关键词:同步移相横向剪切干涉,光学测量技术,原理,测量方法,应用场景,研究思路一、研究背景现代工业生产和科学研究中,测量技术作为一项基础性的技术,对于保障生产和科研的质量与安全具有重要的作用。
在众多的测量技术中,光学测量技术凭借其高精度、无接触、非侵入性等特点受到了广泛的关注和应用。
而同步移相横向剪切干涉测量技术,作为一种重要的光学测量技术,在机械加工、材料科学、光学工程等领域都有广泛的应用。
同步移相横向剪切干涉测量技术,是一种采用两束同频率、同方向、反向传播的激光束,通过空间光调制器(SPM)来进行调制,获得两幅相移相位差的干涉图,进而实现对被测物体表面形貌进行高精度测量的技术。
二、研究内容1、同步移相横向剪切干涉测量技术的基本原理对同步移相横向剪切干涉测量技术进行理论分析,并深入研究其原理,理解其原理对于掌握该测量技术的操作和应用至关重要。
2、同步移相横向剪切干涉测量技术的测量方法针对同步移相横向剪切干涉测量技术进行实验探究,研究该测量技术的具体操作流程和测量方法,确定具体参数的设置方法,达到更好的实验效果。
3、同步移相横向剪切干涉测量技术的应用场景结合实际应用场景,对同步移相横向剪切干涉测量技术进行分析,并对各个领域的应用情况进行探究,综合分析该技术在不同场景下的优缺点,为其在实际应用中提供指导。
三、研究意义本文将以同步移相横向剪切干涉测量技术为研究对象,对该测量技术进行系统研究,掌握其基本原理、测量方法和应用场景,具有重要的研究意义和应用价值:1、推广该测量技术的应用,提升其在机械加工、材料科学、光学工程等领域的应用水平。
横向大剪切干涉应用于水平圆管自然对流换热
i f ie s a e wi i e e twa l e e a u e r m 0 ℃ t ℃ we e o t i e a e n lt r l h a i g n i t p c t d f r n l t mp r t r s f o 4 0 n h f o1 3 r b an d b s d o a e a e rn s
A b ta t The r a— i e i t r e om e rc f i ge fna u a o e ton a ou orz nt lcr ul rc ln ri sr c : e ltm n e f r ti rn s o t r lc nv c i r nd h io a ic a y i de n
换 热 分 析 造 成 显 著 影 响 。与 文献 中 主流 准 则 关 系 式 对 比 可 知 ,利 用 横 向 大 剪 切 干 涉 技 术 仅 需 简 单 的 后 处 理 即可
得 到 具 有 很 高 的 时 间 、空 问 分辨 率 的 自然 对 流 换 热 的 可 信 数 据 。研 究 结 果 为 今 后 热 管 换 热 器 的理 论 研 究 和 工 程 应 用 提 供 了参 考 。 关 键 词 :水 平 圆 管 ; 自然 对 流 ;换 热 ;横 向剪 切 干 涉 ;剪切 量
DOI 1 . 9 9 j is . 4 8 1 5 . 0 2 1 . 0 : 0 3 6 /.s n 0 3 — 7 2 1 . 0 0 4 1
中 图分 类 号 :T 1 ;T 2 K 31 K 14
文 献 标 志 码 :A
文章 编 号 :0 3 — 1 5 ( 0 2 1 — 3 3 —0 48 17 21) 0 04 6
( 北 工 业 大 学 理 学 院 ,湖 北 武 汉 4 0 6 ; 湖 3 0 8 清华 大学 热能 系热 能 动 力 仿 真 与 控 制 研 究 所 ,北 京 1 0 8 ) 00 4
横向大剪切量干涉技术及其在物理量检测中的应用
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基于横向剪切干涉测量光场空间相干性的研究
基于横向剪切干涉测量光场空间相干性的研究完全相干光场与完全非相干光场只是部分相干光场的两个极端情况,实际光场总是部分相干的。
近年来,部分相干光场由于具有自修复,自聚焦,自分裂等特殊性质,越来越受到人们关注。
作为部分相干光场的重要参量之一,空间相干性描述了光场两个点之间光振动的关联程度。
如何测量空间相干性一直是部分相干光研究的重要课题之一,本文提出了一种基于空间调制器的横向剪切干涉方法,用于测量光场的空间相干性。
横向剪切干涉装置是一种利用物光波与其复制光波进行干涉的自干涉装置,并且物光波与复制光波之间有一个横向的错位。
横向剪切干涉装置一般用于测量相干光场的相位信息,事实上,借助于傅里叶变换条纹分析法,它还能测量部分相干光场的空间相干性。
然而,传统的横向剪切干涉系统需要引入机械移动实现物光波和其复制光波的横向错位,因此会影响实验的测量。
为了克服上述缺陷,我们提出了一种基于4f系统和空间光调制器相结合的横向剪切干涉系统,可以便捷地测量不同间隔两点间的光场相关性。
在该系统中,位于4f系统输入平面的衍射光栅将入射的待测光波分成多个衍射级次,空间滤波器通过其中的±1级次,从而得到两个复制光波。
在4f系统傅里叶平面上放置相位型空间光调制器,利用加载的复合闪耀光栅可以控制两个复制光波的横向错位,横向错开的间距通过调节闪耀光栅的周期进行控制。
最后,通过对输出平面上记录的干涉图进行傅里叶变换条纹分析,我们就能得到待测光场的空间相干性分布。
此外,通过改变空间光调制器上闪耀光栅的闪耀方向,我们的干涉装置可以测量光场相干性沿不同方向的分布。
该方法不仅能测出表达相干性量度的复相干度的绝对值(模)的分布,同时也获得了复相干度的相位值。
本文给出了利用该装置分别测量具有圆对称和非圆对称光场的空间相干性实验结果,我们发现实验测量结果与理论模拟数据基本一致,证明了该测量系统的可行性。
相比传统的横向剪切干涉装置,我们的装置中横向剪切量的调控基于电脑控制,没有引入机械移动,因此相干性的测量更便捷并且测量结果更准确。
横向剪切干涉的波前重构新方法
- W i , i = 0, …, N - S - 1
( 2)
易知, ( 2 式) 为一 S 阶差分方程, 需已知 W ( x ) 在 S 个点上的值才可以完全求解。 常规波前重构假定 W ( x ) 为一光滑函数, 则 W ( x ) 可以由一组正交多项式 P n ( x ) 展开[ 4 ] , 即
许晓军, 陆启生, 刘泽金, 舒柏宏
( 国防科技大学 理学院, 湖南 长沙 410073)
①
摘 要: 在常规横向剪切干涉仪的基础上, 利用波前周期延拓的假设, 基于小波变换的 方法实现了波前重构。 这种波前复原实现了光滑波前的快速重构, 并且能够较好地快速重构非 模式波前。数值模拟表明, 该方法对波前复原的精度优于常规多项式拟合方法。利用该方法在 不均匀介质对波前的扰动的测量重构表明, 重构波前比常规多项式拟合重构波前合理。 关键词: 剪切干涉; 周期延拓; 小波变换; 波前重构 中图分类号: O 437 文献标识码: A
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
第3期
samp ling DW T
许晓军等: 横向剪切干涉的波前重构新方法
263
∃W ( x ) →∃W i →q ( n , k ) ( 14) 式的逆运算是否存在。
W (x ) =
∑d
n, k
k
(n )
7
n, k
(x )
( 12)
可以推得 ∃W ( x ) =
∑d
n, k
k
(n )
[7
n, k
(x ) - 7
n, k
光刻物镜系统波像差横向剪切干涉测量研究
光刻物镜系统波像差横向剪切干涉测量研究投影光刻物镜是光刻机的核心部件。
随着光刻技术的发展,对投影光刻物镜成像质量的要求也越来越高。
系统波像差不但是评价投影光刻物镜成像质量的客观指标之一,也是后期精修和装调光刻物镜的依据。
因此物镜系统波像差检测是提高光刻水平的核心技术之一。
国外光刻物镜供应商均研发专用的系统波像差检测设备,但为了保持其技术优势,不可能向我国提供此类高精度的检测设备。
光栅横向剪切干涉技术是最具发展潜力的投影物镜波像差检测技术,在此领域开展相关研究,对推动我国光刻机产业的发展具有重要意义。
本文研究了光栅横向剪切干涉测量中抑制零级串扰的相移相位复原算法设计方法。
由于光栅横向剪切干涉仪中不可避免的存在零级串扰,所设计的剪切干涉仪需要特别设计能够有效的抑制零级串扰误差的算法。
针对这个问题提出了一种奇数步相移相位复原算法的设计方法,并根据零级串扰和相移误差的影响程度设计了A和B两类相位复原算法。
A类算法包含四种相位复原算法,在保持对零级串扰误差相同抑制能力的同时,具有不同程度的抑制相移误差的能力。
理论分析结果表明:四种算法的相位复原误差均与二倍复原相位的正弦成正比,同时四种算法的相位复原误差分别与相移误差的平方、四次方、六次方和八次方成正比。
对于相同的相移误差,相位复原误差随着步数的增加而减小。
B类算法对零级串扰误差具有更强的抑制作用。
并通过仿真分析验证算法理论分析的正确性。
采用搭建的光栅横向剪切干涉测量平台,使用9步相移相位复原算法得到待测镜头的波像差信息并进行重复精度试验,结果表明该测量平台的重复精度为0.1421nm(RMS),具有较高的稳定性。
研究了光栅横向剪切干涉测量中一种零级串扰误差的标定补偿算法。
从理论上分析了标定补偿算法的原理,推导了相位复原误差与相移误差以及与零级串扰的光强调制度比之间的关系。
结果表明,由标定误差引入的相位复原误差分别与标定中的相移误差和光强调制度比成正比。
开展仿真实验验证了所设计的标定方法。
横向剪切干涉实验报告
轴向离焦量()=6
初级球差比例系数(A)=-250
=*100%=2.2%
4有:
轴向离焦量()=2.2643(单位?)
初级球差比例系数(A)=--263.278
()=2
(Aห้องสมุดไป่ตู้=-250
=*100%=13.2%
,分析其产生的原因主要
:
,并用AVercap采集程序记录下此时的图形,在按
3、5mm和背向准直镜移动
、2mm,并用AVercap采集程序分别记录下四个对应的图形.
启用“剪切干涉图应用程序”对实验对得到的图像进行处理.首先按照程序要
,然后按照程序要求输入相关数据,点击”求解”,即可得到所需要的轴
()和初级球差比例系数(A)
将上步得到的轴向离焦量()和初级球差比例系数(A)于理论值进行比较.
:
与焦点重合时的图形如下: 5-
从焦点往准直镜移动3mm时的图形如下:
从焦点往准直镜移动5mm时的图形如下:
从焦点背离准直镜移动2mm时的图形如下:
从焦点背离准直镜移动5mm时的图形如下:
:
:
实验中要求,激光束要通过平行板中心,这样就要求准直镜与扩束镜必须都
.因为如果不同心,激光束通过透镜时将沿主轴方向发生偏转,
.
横向剪切干涉实验
:陈正 学号:PB05210465 系别:6系
:
190毫米的单薄透镜的剪切干涉条纹的分布求出该透镜的轴向离焦量
:
!
:
:
HeNe激光、反射镜、小焦距透镜、薄透镜(190mm)、平行玻璃扳、白
CCD、处理软件.
:
首先按照实验原理图连接好实验器材,在插入透镜之前放好剪切用的平行平
(数字化综合5)横向剪切干涉-5-
剪切波前
实验原理
剪切干涉是利用待测波面自身干涉的一种干涉方法,在横向剪切 干涉测量中,从相互垂直方向上剪切干涉图获得的差分波前可以恢复待测的二维 波前。本次实验是利用平行平板来产生横向剪切干涉的装置,由于平 行平板有一定厚度和对入射光束的倾角,因此通过被检测透镜后的光 波被玻璃平板前后表面反射后形成的两个波面发生横向剪切干涉,剪
2
即: 2ξ
sa1
+
4sb3ξ
3
+
4sb3ξη 2
+
b3ξ s3
= 1 mλ 。
2
利用计算机编程(本文采用 VB6 编程)和最小二乘法拟合由实验图上
暗条纹的分布解出 a1和 b3 ,由公式(6)的说明和公式(14)可以求得 ∆z、A.
实验内容
1.按图排好光路, 在插入透镜之前先放好剪切用的平行平板和白屏, 并使两者平行,激光束要穿过平行平板中心,此时白屏上应该出现两 个光点,记录两光点间的距离即为剪切量(一般在 1~3mm)。 2.在光路中预定位置分别插入扩束镜(短焦距透镜)和准直透镜(焦 距为 190mm),调整光路,使扩束镜的光轴、准直镜的光轴与激光束 基本重合,对扩束镜焦距的要求是在距其焦点 190mm 处光斑大小略大 于准直镜的通光口径,则激光束能够平行射出,这时在白屏上可以看 到剪切干涉条纹图。 3.沿光轴方向使扩束镜作微小位移,使白屏上的剪切干涉条纹形成近 似图 5(b)的形状(。这时可以认为物点 A 与准直镜的前焦点 F 基本 重合,再使扩束镜沿光轴方向向准直镜移动 3、5mm 和背向准直镜移 动 3、2mm(调节短焦距透镜支架的微调旋钮,具体可视图象而定,), 启动 AVercap 采集程序,分别拍摄得到 5 个干涉图。拍摄时可以调节 变焦镜头,使采集到的图象为一个完整的圆形的清晰的干涉图象(如 果图象不完整,会影响后面对图象的计算处理),图象的大小应满足
横向剪切干涉
实验五 横向剪切干涉实验实验目的利用一个焦距为190毫米的单薄透镜的剪切干涉条纹的分布求出该透镜的轴向离焦量及初级球差比例系数。
实验概述利用玻璃平行平板构成简单的横向剪切干涉仪可以观察到单薄透镜的剪切干涉条纹,并由干涉条纹分布求出透镜的几何象差和离焦量。
本实验介绍的是在对一定剪切量的情况下具有初级球差光束的干涉条纹分布进行计算机处理,从而由剪切干涉条纹的分布求出轴向离焦量和透镜的初级球差比例系数。
实验元件HeNe 激光、反射镜、短焦距透镜、薄透镜(190mm )、平行玻璃扳、白屏、带变焦镜头的CCD 、处理软件反射镜实验原理 引言:剪切干涉是利用待测波面自身干涉的一种干涉方法,它具有一般 光学干涉测量方法的优点即非接触性、灵敏度高和精度高, 同时由于它无需参考光束,采用共光路系统,因此干涉条纹 稳定,对环境要求低,仪器结构简单,造价低,在光学测量 领域获得了广泛的应用[3][4]。
横向剪切干涉是其中重要的一 种形式。
由于剪切干涉在光路上的简单化,不用参考光束,干 涉波面的解比较复杂。
在数学处理上较繁琐。
因此发展利用计算 机处理的剪切干涉图技术是当前光学测量技术发展的热点。
原理:如图1所示,假设 w 和w ’分别为原始波面和剪切波面,原始波面相对于平面波的波象差(光程差)为W(ξ,η),其中P(ξ,η)为波面上的任意一点P 的坐标,当波面在ξ方向上有一位移s(即剪切量为s)时,在同一点P 上剪切波面上的波象差为W(ξ-s,η),所以原始波面与剪切波面在P 点的光程差(波象差)为:),(),(),(ηξηξηξ∆s W W W --= (1)由于两波面有光程差∆W 所以会形成干涉条纹,设在P 点的干涉条纹的级次为N ,光的波长为λ,则有,λ∆N W = (2)薄透镜图2 实验装置 图1 横向剪切的两个波面w ’能产生横向剪切干涉的装置很多,最简单的是利用平行平板。
如图2为平行平板横向剪切干涉仪的装置图。
波前分析仪——四波横向剪切干涉技术介绍
波前分析仪——四波横向剪切⼲涉技术介绍背景介绍光束在⽣产和传播过程中,光学材料不均匀性、光学元件的加⼯与装配误差、光学系统相差、⼤⽓扰动等因素都会噪声波前畸变,从⽽降低光束质量。
对波前质量的检测是光学测量领域的研究热点。
随着科学技术的发展,军事、天⽂、医疗等多个领域对波前检测技术的要求越来越⾼,保证⾼测量精度的同时,还需要实现瞬态波前检测。
瞬渺光电推出的基于四波横向剪切技术的波前分析仪(波前传感器)测量精度⾼,可实时检测分析波前数据。
正真意义上满⾜了⼴⼤科研⽤户对⾼精度波前分析仪的需求。
波前测试技术常⽤的波前检测⽅法主要有点衍射法、夏克-哈特曼和剪切⼲涉法。
如下图1所⽰。
1,点衍射法点衍射法检测波前的关键器件点阵列板,待测的汇聚波前经点衍射版上的针孔衍射,产⽣近似理想的参考球⾯波,从点衍射板中直接透射的为携带待测波前信息的测试光波,两者发⽣⼲涉,待测波前的相位分布可以从⼲涉图中解调出来。
点衍射⼲涉法检测波前的精度较⾼,结构较为简单,单由于针孔尺⼨很⼩,调整过程中,汇聚光波与针孔的对准较为困难。
2,夏克-哈特曼波前测量夏克-哈特曼波前检测的基本过程为⼊射光波经过微透镜阵列在其焦⾯处汇聚,通过检测汇聚光斑的质⼼偏移,得到待测波前的梯度信息,进⽽重构待测波前。
侧⽅法检测精度较⾼,但受微透镜尺⼨与数量的限制,采样点数相对较少,空间分辨率不⾼。
3,剪切⼲涉波前测量剪切⼲涉波前测量是将待测波前和其⾃⾝的⼀个微⼩平移进⾏⼲涉的测量技术。
由于剪切⼲涉测量具有不需要参考波前、采⽤共光路系统、可抵抗外界扰动影响、对照明光源的相⼲性和⼲涉装置平台稳定性要求低等特点,既能保证较⾼的波前检测精度,⼜能获得较⾼的空间分辨率,该⽅法在许多实际波前检测中显⽰出其特有的优势。
图1,波前检测⽅法四波横向剪切⼲涉原理介绍当待测波前经过波前分析仪(波前传感器)时,光波通过特制光栅后得到⼀个与其⾃⾝有⼀定横向位移的复制光束,此复制光波与待测光波发⽣⼲涉,形成横向剪切⼲涉,两者重合部位出现⼲涉条纹(图2)。
Sagnac横向剪切干涉仪设计方法的研究
第19卷 第2期2010年3月 航 天 器 工 程SP ACECRA FT EN GI NEERIN GVo l.19 No.287Sagnac 横向剪切干涉仪设计方法的研究白加光1 王忠厚1 白清兰1 肖相国1,2 相里斌3(1中国科学院西安光学精密机械研究所,西安 710119)(2中国科学院研究生院,北京100039) (3中国科学院光电研究院,北京 100080)摘 要 详细论述了实体Sag nac 型干涉仪的工作原理和几何尺寸的优化设计方法,并对实体棱镜构成的干涉仪用展开成平板玻璃的方法来计算分束膜的投射高度,简单且快捷。
结合实例给出了计算结果,并对干涉仪的加工要求与装调方法等进行了定性分析。
关键词 Sag nac 干涉仪 傅里叶变换成像光谱仪 优化设计 加工装调中图分类号:T N253 文献标志码:A 文章编号:1673 8748(2010)02 0087 05A Study on Design Method for Sagnac Interferometerof Lateral ShearingBAI Jiag uang 1 WANG Zhonghou 1 BAI Qinglan 1 XIA O Xiang guo 1,2 XIAN GLI Bing 3(1Xi an Institute of Optics and Precision Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Xi an 710119,China)(2Graduate Univer sity of Chinese Academ y of Sciences,Beijing 100039,China;3Academ y o f Opto E lectr onics,Chinese Academy o f Sciences,Beijing 100080,China)Abstract:T he w o rking principle and optim al geom etry desig ning method for a specific Sagnac in terfero meter hav e been presented in detail T hen the best po sitio n of the optical axis is calculated by using the unfo lded lay out to do analysis.An example of this geom etry dimensions is given,and the fabricatio n specifications and alig nm ent adjustm ent methods hav e been qualitativ ely ana ly sed.Key words:Sagnac interfer ometer;Four ier transfor m imaging spectrom eter;optimal designing;fabricatio n and alignment收稿日期:2009 07 31;修回日期:2009 12 21作者简介:白加光(1950-),男,高级工程师,主要从事光学设计,成像光谱仪光学技术的研究。
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,分析其产生的原因主要
有以下几点 :
1. 实验时桌面的震动可能使光线发生偏转 ,对实验造成误差 .
2. 实验时说话 ,走动带来的空气流通对激光的传播也会带来很大误差 .
3. 在对图形进行预处理的时候采用的是一种不精确的用肉眼观察最上最下最左
最右点 ,这可能给实验带来很大误差 .
4. 实验时并没有按照每个仪器都测量光线是否穿过其光轴 ,使得各仪器不同轴 ,
3,调整扩束镜于准直镜之间的距离 ,将符合实验原理中的符合物点 A 于准直镜 的前焦点基本重合的位置处停下 ,并用 AVercap 采集程序记录下此时的图形 , 在按 照实验要求分别在沿光轴方向使扩束镜沿准直镜移动 3、 5mm和背向准直镜移动 3、2mm并, 用 AVercap 采集程序分别记录下四个对应的图形 .
1) 与焦点重合时的图形如下 :
2) 从焦点往准直镜移动 3mm时的图形如下 : 3) 从焦点往准直镜移动 5mm时的图形如下 : 4) 从焦点背离准直镜移动 2mm 时的图形如下 :
5) 从焦点背离准直镜移动 5mm 时的图形如下 :
由图可以清晰的观察到 : 1, 在焦点处为一个图形上的界线点 2, 当扩束镜从焦点处靠近准直镜时图形呈现出来的是从中心想外凹 ,而党扩束 镜从焦点处原理准直镜时图形呈现处来的则是从中心往外凸 . 3, 当处于凹或凸时越靠近准直镜时干涉条纹越密 ,越远离准直镜时越松 ,这于 理论也时相一致的 . 通过上述步骤 (4)对实验图形 3 和 4 的分析得到以下数据 : 对图 3 有 :
测量值为: 轴向离焦量 ( z)=5.8595 初级球差比例系数 (A)=-258.684 理论值为;
轴向离焦量 ( z)=6 初级球差比例系数 (A)=-250 所以得到实验偏差为:
6-5.8595
δΔz= 6 *100%=2.2%
258.684-250
δA=
250
? 100% = 3.5%
对图 4 有 :
190mm)、平行玻璃扳、白
实验内容 :
1,首先按照实验原理图连接好实验器材 ,在插入透镜之前放好剪切用的平行平 板和白屏 ,使二者保持平行 ,激光束穿过平行板中心 ,此时白屏上应出现两个光点 ,记录
亮光点的距离即为剪切量 ,本实验的剪切量为 2.5mm.
2,在光路中插入扩束镜和准直镜 ,用白屏一步一步调整光路 ,使光路中仪器都处 于同轴状态 .
姓名 :陈正
横向剪切干涉实验
学号 :PB05210465
系别 :6 系
实验目的 :
利用一个焦距为 190 毫米的单薄透镜的剪切干涉条纹的分布求出该透镜的轴向离焦量 及初级球差比例系数。
实验原理 :
实验原理见预习报告 !
实验器材 :
本实验需要如下器材 :
HeNe 激光、反射镜、小焦距透镜、薄透镜( 屏、带变焦镜头的 CCD、处理软件 .
这也可能带来误差
思考题 ::
1,要得到理想图形时 ,各元件必须严格同心 ,为什么 ? 答:
实验中要求 ,激光束要通过平行板中心 ,这样就要求准直镜与扩束镜必须都 与平行平板同心 .因为如果不同心 ,激光束通过透镜时将沿主轴方向发生偏转 , 这就与实验要求不符 .
测量值为:
轴向离焦量 ( z)=2.2643
初级球差比例系数 (A)=--263.278
理论值为;
轴向离焦量 ( z)=2
初级球差比例系数 (A)=-250
所以得到实验偏差为:
2.2643-2
δΔz= 2 *100%=13.2%
δA=
263.278-250 250
? 100% = 5.3%
由上面的误差可以看到实验中产生的误差还时相对较大
4, 启用“剪切干涉图应用程序” 对实验对得到的图像进行处理 .首先按照程序要 求进行预处理 ,然后按照程序要求输入相关数据 ,点击 ”求解 ”,即可得到所需要的轴 向离焦量 ( z)和初级球差比例系数 (A)
5,将上步得到的轴向离焦量 ( z)和初级球差比例系数 (A)于理论值进行比较 .
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
数据处理 :