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环形光源在Fizeau干涉系统中的设计与研究

作 者: 王路佳
导 师: 何勇
学 校: 南京理工大学
专 业: 光学工程
关键词: 离轴照明 相干噪声 环形光源 计算全息 斐索干涉仪
分类号: TH744.3
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 56次
引 用: 1次
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内容摘要


在高分辨率高精度光学干涉检测过程中,系统中元件的缺陷及干涉环境中(除干涉腔外)的微小颗粒产生的寄生干涉条纹等相干噪声,严重制约着干涉测试精度的提高。因此,本论文针对干涉系统检测过程中存在的相干噪声,从干涉系统的光源部分入手,展开了对抑制相干噪声方法的研究,得到了若干有意义的结果。根据干涉成像系统的理论模型,以最大化抑制相干噪声为目标,深入分析了环形光源照明模式下的干涉模型,该照明方法具有在抑制相干噪声的同时,最优化的保留了干涉条纹的对比度。然后,通过范西特-泽尼克(Van Cittert-Zernike)定理对环形光源与准点光源的空间相干度进行对比,得到了环形光源照明的光场强度分布及对比度表达式,并进一步模拟了离轴照明方法所引起的问题,并就环形光源半径的大小,宽度及干涉腔长等参量与干涉条纹对比度之间的关系进行了验证、分析与讨论。为了验证环形光源具有抑制相干噪声的能力,在Zemax光学设计软件中,通过光栅衍射的方法得到了环形光源,并设计建模了φ100mm口径的Fizeau干涉模型,然后,在相同噪声的条件下,就环形光源照明与传统点光源照明的干涉效果进行对比,发现用环形光源照明的方法在保留干涉条纹对比度的同时,对相干噪声有着良好的抑制能力。通过对环形光源照明技术的研究,它在最优化保留干涉图对比度的同时,有助于抑制光学元件疵病、系统杂散光等产生的相干噪声,这对提高干涉测试系统的信噪比,扩展干涉系统的可测空间频率范围有着非常重要的意义。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
1 绪论  7-10
  1.1 课题的研究背景及意义  7
  1.2 国内外抑制相干噪声的发展状况  7-9
  1.3 本论文的主要研究内容  9-10
2 环形光源理论分析与产生方式  10-25
  2.1 环形光源空间相干性分析  10-12
  2.2 环形光源抑制相干噪声原理  12-15
  2.3 环形光源干涉结构分析  15-17
    2.3.1 环形光源离轴半径分析  15-16
    2.3.2 环形光源宽度分析  16-17
    2.3.3 干涉腔长分析  17
  2.4 环形光源类型  17-19
    2.4.1 虚拟环形光源  18
    2.4.2 实环形光源  18-19
  2.5 环形光源产生方式  19-24
    2.5.1 计算全息变换法  19-20
    2.5.2 多模光纤法  20-22
    2.5.3 轴锥镜法  22-23
    2.5.4 旋转光楔法  23
    2.5.5 旋转反射镜法  23-24
  2.6 本章总结  24-25
3 计算全息光学元件设计与编码实现  25-34
  3.1 计算全息光学元件设计  25-31
    3.1.1 径向光栅空间结构分析  25-30
    3.1.2 径向光栅元件设计  30-31
  3.2 径向光栅编码技术  31-32
  3.3 本章小结  32-34
4 基于环形光源的Fizeau型干涉仪光路结构仿真  34-47
  4.1 Fizeau干涉系统的技术指标  34-35
  4.2 Fizeau干涉系统光学设计  35-39
    4.2.1 扩束聚焦系统设计  35-36
    4.2.2 准直透镜系统设计  36-37
    4.2.3 标准透射平板和标准反射平板  37
    4.2.4 1/15倍成像系统设计  37-39
    4.2.5 Fizeau干涉系统设计  39
  4.3 环形光源照明的Fizeau干涉系统建模  39-44
    4.3.1 Zemax序列模型下的建模  40-41
    4.3.2 Zemax非序列模型下的建模  41-44
  4.4 环形光源照明模式下Fizeau干涉仪抑制噪声的效果  44-46
  4.5 本章小结  46-47
5 总结与展望  47-49
致谢  49-50
参考文献  50-52
附录  52

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 光学仪器 > 物理光学仪器 > 干涉仪
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