激光全息照片光栅解析

一、引言一张全息照片,是由两束相干光波(物光波和参考光波)在记录介质中相互干涉而形成的。记录的是光波的干涉图样(或条纹)。这样的一张全息照片,就是一种衍射光栅。我们称它为“全息照片光栅”。以区别于一般特制的专用“全息光栅”。这两列相干光波,在记录介质中相迂时的夹角大小以及光波的性质(平面波或球面波)决定了全息底片光栅的性质,因而也决定了各种类型全息图的特征。一张全息照片既可是透射衍射光栅,也可是反射衍射光栅,或者既有透射衍射光栅,又有反射衍射光栅的复杂条纹     

光波干涉的分析

将一束光波分解为由一列列单原子产生的光波串，并且由此讨论光波的干涉，推导了反映相似光子的光波干涉公式，以及探测器获得光强表达式。同时讨论了反映不同光子的光波的迭加问题，证明了不能相干的原因。最后得出了两束光干涉强度公式。     

利用计算全息光栅产生的涡旋光测量物体变形

利用计算全息(CGH)光栅产生的涡旋光束拉盖尔-高斯(LG)光束进行离面位移测量。基于二元叉形光栅产生LG光束的理论,将产生的LG光束作为参考光,加入一束平面光作为物光,设计了离面变形测量实验方案。利用物光和参考光的干涉进行物体变形测量,推导出物体变形前和变形后的干涉光强公式。通过数值计算,分析了利用LG光束进行变形测量的原理。数值模拟实验结果与理论结果基本一致,表明利用CGH叉形光栅产生的高纯度的LG光束可以进行物体变形测量。     

用离轴全息透镜测量弯曲平板的倾斜

采用两个对称离轴全息透镜实现了激光散斑剪切干涉，应用于平面物体变形的测量。得到了清晰的等倾斜干涉条纹。     

基于直接数字频率合成的变频条纹生成方法

针对时间相位重建算法存在的实时性差的缺点，提出了一种可以快速生成并获取二维编码条纹图的方法．该方法利用直接数字合成器驱动的声光偏转器使2束相干光分别发生布喇格衍射，2束衍射光相交后发生干涉，获得干涉条纹．通过调节直接数字合成器的频率控制字改变干涉条纹的空间频率．依据该原理建立的系统可以完成变频条纹图的实时投影与采集，对采集到的变频条纹图进行处理后可以获得物体的三维数字像．实验表明每幅条纹图的投影及采集用时10ms左右，该投影及采集装置可以应用于实时性要求高的三维传感系统中．     

衍射光栅外差干涉测量的研究

提出一种新的测量光栅运动的方法，它利用声光调制器产生两个频率的激光，将其中一个频率的光入射到光栅上，产生正负级衍射光，光栅的运动使衍射光实现多普频移，然后将衍射光与另一频率的光干涉，即可实现光栅运动的外差干涉测量，正负级衍射光的同时使可以消除光栅横移的影响。     

实时全息三缝边缝调制干涉仪的实验研究

讨论了一种基于边缝调制的实时全息三缝干涉仪的原理和实现过程，推导了实时三缝干涉光强分布随边缝位相变化的计算公式，结合三缝干涉的原理和特点，利用全息实时再现出三缝的衍射光波，从而实现对边缝位相变化的测量。该实验方法，可应用于光学表面不平度和微小厚度的测量。     

法布里—泊罗标准具在精密测量中的应用

根据最小二乘法原理,直接对法布里-泊罗标准具产生的干涉条纹进行拟合,在拟合过程中充分考虑了矩阵的病态条件,推导出光波波长与拟合方程系数间的关系.利用干涉条纹数字化方法求出了光波波长,这种方法克服了传统方法难以对准中心(圆心)和干涉条纹发生畸变时不能保证△r2恒为常量的缺陷.利用此方法可实现特殊形状工件的精密测量,提高测量精度.试验结果表明:系统对工件的测量精度可达到10 μm量级,并可实现大规模快速测量.     

激光在半柱形边缘对称结构物体上的衍射

本文以实验现象为基础,讨论了激光在半柱形边缘对称结构物体上产生的边缘波所特有的相位关系,并以两束反射波能量相等为前提条件,导出波函数这种特有的相位关系,从而给出一种简、直观的解释.由此能够对单丝、单丝一圆孔等类物体的远场衍射图样提供一种与实验结果一致的描述,并且提供一种利用单丝衍射测量激光光束发散角的新方法.     

基于对称的非对称双光束入射云纹干涉法

传统的云纹干涉法是采用双光束精确对称入射的方式。在云纹干涉法精调零场的基础上,微旋一束入射光使双光束呈现微小的非对称,视场中出现稀疏的载波条纹。通过稀疏载波条纹在物体变形前后的变化对小应变进行直接分析,形成了一种基于对称的非对称双光束入射云纹干涉法。理论分析表明,该方法可近似给出全场诸像素点的正应变值;相对于传统的云纹干涉法,应变分析灵敏度大幅提高,达到了微应变或亚微应变的量级,应变测量精度有望得到改善,使光测法研究微小应变成为可能。     

数字散斑剪切干涉光学测距

提出数字散斑剪切干涉测量原理。结合干涉条纹细锐化技术,在计算机上对散斑数据帧进行处理得到细锐化条纹图形,从图形中得到条纹周期,根据周期计算出被测目标距离。测量的范围可以随着光源的位移进行调节。实验结果表明,当平面漫反射物体距扩束透镜56．5mm时,该法测得距离为56．9mm,有0．71％的偏差。当光源位移50mm时,该法测得的距离为569．3mm,与尺子测得的距离565mm相差0．80％。当距离达100mm时,难以测定条纹周期。该方法特别适用于对漫反射物体距离的测量,且对环境的干扰具有相对非敏感性。     

无需等高共轴调节且快速测量凸透镜焦距

提出了一种基于夫朗和费衍射测量凸透镜焦距的方法。一束平行光垂直入射光栅,从光栅出射的衍射光经待测凸透镜后照射CCD。CCD沿轨道平移,同时计算机记录正负一级衍射条纹最细时CCD在轨道上的位置及条纹在CCD上的位置,然后计算机分别计算出这两个位置和这两条纹的间距,最后计算机根据夫朗和费衍射公式计算给出待测透镜的焦距。这种测量方法无需调节待测凸透镜与测量系统等高共轴,也无需测量物距、像距等,而且快速、准确、不受景深影响。     

含负折射率光学透镜传感器

基于激光光线传输矩阵,研究了高斯光束通过不同折射率透镜后,出射光波束腰位置,出射、入射束腰半径大小之比同入射光波束腰位置的定量关系,结果表明:入射光束束腰位置和透镜折射率均可影响高斯光束的输出光学参量.在此基础上,设计了一种光电传感器用于检测蔗糖溶液浓度,定量研究了溶液浓度和出射高斯光束腰位置的对应关系,相关统计参量表明这类传感器可以实现对溶液浓度的高精度测量.     

处理双曝光数字全息的一种新方法

在分析传统双曝光全息术和常用数字全息干涉术不足的基础上,利用数字全息术在全息记录与数字处理方面的灵活性,提出了一种处理双曝光数字全息记录结果的新方法——差值数字全息法。该方法首先将记录物体变形前后物光波与参考光波干涉场的2个数字全息相减,形成差值数字全息;然后对差值数字全息直接进行模拟衍射再现,就可以得到物体变形前后2个物光波的高质量干涉条纹。与通常的双曝光数字全息干涉技术及叠加数字全息法相比较,差值数字全息法的优点在于,既不需要事先专门消除数字全息中的零级强度项,只需要一次再现过程,并且所得干涉条纹的质量较高。在给出处理双曝光数字全息干涉技术记录结果的叠加数字全息法和差值数字全息法原理之后,通过实验及对实验结果的对比证明了差值数字全息法的可行性与优越性。     

声光性能指数、声光系数及超声衰减系数的测量

用超声光衍射技术测量了五种光学玻璃及铌酸锂的声光性能指数及声光系数;测量了玻璃在频率为50兆周时的超声衰减系数。测量超声衰减系数时,脉冲回波用两种检测方法(声光检测和压电检测)进行了比较。     

多束SPPs干涉成像模拟研究

多束SPPs干涉光刻是一种可突破衍射极限的新型纳米加工方法。在分析SPPs激励和传输机理基础上,建立多束SPPs干涉成像模型,编制了能快速准确地计算多束SPPs干涉光刻成像的仿真软件。并在此基础上对多束SPPs的干涉像进行了模拟,发现如果将两束光增加到四束或八束光激发SPPs干涉,则可获得二维分布的周期性光斑点阵,在制作纳米光子晶体材料方面有很强的应用前景。随着入射SPPs的增加,当棱锥棱数足够多近似于一个圆锥时,干涉场会形成一系列的同心圆结构,可考虑实现纳米级波带片的制作。     

水中气泡界面的干涉现象研究

在对流体可视化(PIV)技术的研究过程中，发现与气泡相切的衍射光线和穿过气泡再次出射的两条光线能产生干涉现象，并计算出了这两条光线的光程差、干涉强度与入射角的关系后，绘制出了干涉光强随入射角的关系曲线。用自制设备拍摄到水中气泡界面附近的干涉条纹图像证实了水中气泡界面的干涉现象。     

全息干涉法和散斑法在测量物体三维位移场中的综合应用

双曝光全息干涉法对测量物体离面位移分量较敏感,双曝光散斑干涉法对测量物体面内位移分量较敏感。可以设想,全息干涉法和散斑干涉法的综合应用将是测量物体三维位移场和解决实际问题的一种行之有效的方法。 本文针对平面磨削测力仪,就这两种技术各种不同的综合方式进行了多次反复的试验,提出了不同轴型综合法。此方法对工程实际问题中三维位移分量的测试是比较方便的,测量精度也能满足工程需要。     

光纤激光干涉测速

为了测量运动物体的速度,基于多普勒效应构建了光纤速度干涉仪.系统由光源发射器与接收器、非对称马赫-曾德尔光纤干涉仪、光电接收系统、数据处理4个部分组成.光电接收探测器采集不同时刻运动物体的反射光波形成的干涉条纹,通过对数据进行分析和计算,获得运动物体的运动速度和加速度剖面.在霍普金森杆测量实验中,为获得具有良好对比度的干涉条纹,激光光源谱带宽应优于50kHz,功率稳定度为0.07dB,测速范围和测量精度由光纤干涉仪的延迟光纤长度决定.干涉仪的标定可通过测量延迟光纤长度为100m时的条纹常数来实现.测量结果表明,由干涉信号求得的膛口速度和由光触发脉冲求得的膛口速度之间的误差在1‰以内.     

振动干涉计量的一种方法

本文介绍测量物体振动的一种新方法。该方法由相干光源照明相位板,在空间产生恒定干涉场,将振动物体置于干涉场中,记录下带有物体振动信息的干涉条纹。根据此干涉条纹可定量分析物体振动的振幅。理论分析与实验结果相符。