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中频段干涉仪关键技术研究

作　者: 季荣
导　师: 朱日宏
学　校: 南京理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 干涉检测高分辨率干涉仪中频误差功率谱密度系统传递函数
分类号: TH744.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

随着强激光、空间光学等领域的发展,系统对光学元件表面质量的要求越来越高,对中频段表面误差的检测受到了广泛地重视,传统的面形误差评价方法已不能满足要求。目前能检测到光学元件的中频段误差的干涉仪相对较少,给光学元件的加工制造带来了困难。因此,本文开展了中频段检测和高分辨率干涉仪关键技术的研究。本文分析了不同频段误差的检测和评价方法,深入研究了中频段评价指标功率谱密度PSD (Power Spectral Density)的定义及其数值计算方法；对测量和计算PSD过程中的采样密度和可测得的频率范围的关系进行了分析讨论,研究了PSD测量的有效频率宽度。研究了高分辨率PSD干涉仪的基本结构和工作原理,设计了Φ15mm的PSD干涉仪系统,包括光纤导出式光源、准直物镜、光阑、成像镜和CCD采集系统等各个组成部分,并完成了干涉仪的集成装调和测试；分析了干涉仪系统中偏振分光棱镜、准直物镜和CCD保护玻璃产生的相干噪声对干涉图结果影响。研究了干涉仪系统传递函数的标定方法,实验采用了台阶相位比较法完成了PSD干涉仪系统传递函数的标定；实验结果表明,PSD干涉仪在空间频率小于8.3mm-1处的系统传递函数为0.75,达到中频段检测的设计要求。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-12
  1.1 课题研究背景  7
  1.2 中频段误差检测的应用  7-9
    1.2.1 高功率固体激光装置  7-8
    1.2.2 空间光学  8
    1.2.3 紫外光刻  8-9
    1.2.4 超精密光学加工  9
  1.3 中频段误差检测的发展概况  9-10
  1.4 本文主要研究内容  10-12
2 功率谱密度PSD检测技术  12-23
  2.1 光学元件表面误差的划分和评价  12-15
    2.1.1 面形误差的划分  12-13
    2.1.2 常用的评价指标  13-15
  2.2 功率谱密度的定义  15-16
  2.3 功率谱密度的计算  16-19
    2.3.1 PSD的数值计算  16-17
    2.3.2 一维PSD与二维PSD  17-18
    2.3.3 平均PSD的计算  18-19
  2.4 采样密度与PSD有效频率范围  19-22
    2.4.1 采样后可测的频率范围  19-21
    2.4.2 PSD测量的有效范围  21-22
  2.5 本章小结  22-23
3 PSD干涉仪的设计  23-41
  3.1 系统总体设计  23-25
    3.1.1 系统总体方案  23-24
    3.1.2 PSD干涉仪工作流程  24
    3.1.3 PSD干涉仪总体结构设计  24-25
    3.1.4 PSD干涉仪总体要求  25
  3.2 菲索波长调谐移相干涉仪  25-27
    3.2.1 干涉仪结构和原理  25-26
    3.2.2 波长调谐移相原理  26-27
  3.3 PSD干涉仪系统设计  27-35
    3.3.1 激光光源  27-29
    3.3.2 准直物镜  29-31
    3.3.3 标准参考平面镜  31-32
    3.3.4 光阑  32-33
    3.3.5 成像镜  33-34
    3.3.6 采集系统  34-35
  3.4 系统相干噪声分析  35-39
    3.4.1 偏振分光棱镜  35-36
    3.4.2 四分之一波片  36-37
    3.4.3 准直透镜  37-38
    3.4.4 CCD保护玻璃  38-39
  3.5 系统的装调和测试  39-40
  3.6 本章小结  40-41
4 干涉仪系统传递函数测试  41-50
  4.1 系统传递函数的定义  41-42
  4.2 干涉仪系统传递函数的测试方法  42-45
    4.2.1 正弦相位光栅法  42-43
    4.2.2 台阶相位比较法  43-45
  4.3 标定PSD干涉仪系统传递函数  45-48
    4.3.1 标准台阶板  45
    4.3.2 实验和结果  45-48
  4.4 误差分析  48-49
  4.5 本章小结  49-50
5 总结  50-51
致谢  51
参考文献  51-56
附录  56

中频段干涉仪关键技术研究

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