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基于四波前横向剪切干涉的波前传感技术与应用(特邀)
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作者 杨甬英 凌曈 +1 位作者 曹频 江佳斌 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期18-31,共14页
高科技的发展对精密干涉成像提出了更高的要求。在现代光学和生物医学领域,无标记成像技术不依赖于传统的染料或荧光标记,进行3D活细胞原位观察和分析,促进定量相位显微术的发展。在光学检测技术领域,对于干涉系统的现场化、实时化的应... 高科技的发展对精密干涉成像提出了更高的要求。在现代光学和生物医学领域,无标记成像技术不依赖于传统的染料或荧光标记,进行3D活细胞原位观察和分析,促进定量相位显微术的发展。在光学检测技术领域,对于干涉系统的现场化、实时化的应用具有迫切需求,如激光波前的瞬态检测分析、高速流场检测、自适应光学的检测和控制、高精度光学系统像差分析等都迫切需要一个紧凑型、抗环境干扰、瞬态成像的干涉系统。为此,针对针对这些需求,全面介绍了四波前横向剪切干涉相位成像技术的原理、发展历程、波前重构方法以及其广泛的应用。四波前横向剪切干涉仪能够通过在一个单一的干涉图中获取两个正交剪切方向的四个剪切波前来实现瞬态相位成像,由随机编码光栅和相位棋盘组成新颖的四波干涉传感器(Four-wave Interferometric Sensor,FIS4)。FIS4干涉传感器凭借其独特的优势,如紧凑性、鲁棒性、高时间分辨率以及与现有显微系统的兼容性,在生物医学、光学测量、材料表征等众多领域展现出广阔的应用前景。这一技术的发展不仅为相关领域提供了新的研究工具,也为跨学科的创新和发现开辟了新的可能性。 展开更多
关键词 四波剪切干涉 衍射光栅 共路干涉 高速流场 自适应光学 白光轮廓仪
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基于可调剪切干涉曝光方法的大口径液晶偏振光栅制备
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作者 沈浩 段佳著 +6 位作者 陈一波 乔冉 李大鹏 曾建成 沈志学 赵祥杰 张大勇 《液晶与显示》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期602-609,共8页
为了解决传统偏振全息干涉方法受限于过长的光路难以制备长周期的大口径液晶偏振光栅的问题,提出了基于液晶偏振光栅模板的可调剪切干涉曝光方法,并通过理论分析了制备偏振光栅的周期随模板方位角及沿光轴轴向位置的变化。利用小口径高... 为了解决传统偏振全息干涉方法受限于过长的光路难以制备长周期的大口径液晶偏振光栅的问题,提出了基于液晶偏振光栅模板的可调剪切干涉曝光方法,并通过理论分析了制备偏振光栅的周期随模板方位角及沿光轴轴向位置的变化。利用小口径高效液晶偏振光栅作为模板搭建可调剪切干涉曝光光路,并基于此制备了数十微米周期的200 mm口径液晶偏振光栅,平均衍射效率达到99%以上,平均周期约为59.86μm,周期分布不均匀性约为0.07%。实验结果表明,调剪切干涉曝光方法能够制备大口径的长周期偏振光栅,周期和效率分布均匀,还具备周期易于调节、结构紧凑和抗振动干扰强等优势。 展开更多
关键词 液晶偏振光栅 长周期 可调剪切干涉曝光 大口径
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基于四波横向剪切干涉的表面形貌测量方法
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作者 董正琼 黄贤文 +3 位作者 徐仁 祝仁龙 周向东 聂磊 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期906-912,共7页
为了解决传统四波横向剪切干涉测量系统中特定分光器件存在的加工难度高、光谱适用范围受限等问题,利用空间光调制器替代分光光栅将入射光分为4束横向剪切相干子波,通过灵活调整光栅的折射率来调制子波衍射效率以适应照明光源,再根据子... 为了解决传统四波横向剪切干涉测量系统中特定分光器件存在的加工难度高、光谱适用范围受限等问题,利用空间光调制器替代分光光栅将入射光分为4束横向剪切相干子波,通过灵活调整光栅的折射率来调制子波衍射效率以适应照明光源,再根据子波两两干涉效应重建出反映样品折射率和高度信息的光程差分布,即可实现宽光谱大尺寸范围内的表面形貌精确测量;结合傅里叶变换法研究了入射光不同波长对光程差重建精度的影响规律,并利用空间光调制器搭建了1套适用于可见光至近红外的宽光谱四波横向剪切干涉测量系统。结果表明,该系统对石英标准样件刻蚀深度的测量结果为209.39 nm±1.72 nm,与其标称值210.83 nm±2.39 nm和白光干涉仪测量值212.92 nm±1.35 nm基本保持一致,验证了所提表面形貌测量方法的有效性。该研究可为四波横向剪切干涉技术在表面形貌测量领域的扩展应用提供理论参考。 展开更多
关键词 测量与计量 表面形貌测量 四波横向剪切干涉 空间光调制器 光程差重建
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基于循环式径向剪切干涉法的波前重建算法研究 被引量:1
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作者 李大海 赵晓凤 +3 位作者 陈怀新 陈祯培 陈波 景峰 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第2期223-227,共5页
提出一种基于循环式径向剪切干涉的波前重建算法。先将畸变波前经径向剪切干涉仪形成的空间相位调制干涉条纹图通过傅立叶变换处理获得对应的位相差分布 ,再直接采用迭代算法能精确重建原始波前 ,为 ICF系统中复杂畸变波前的在线准确检... 提出一种基于循环式径向剪切干涉的波前重建算法。先将畸变波前经径向剪切干涉仪形成的空间相位调制干涉条纹图通过傅立叶变换处理获得对应的位相差分布 ,再直接采用迭代算法能精确重建原始波前 ,为 ICF系统中复杂畸变波前的在线准确检测提供了可能 ,并给出了应用实例。 展开更多
关键词 径向剪切干涉 迭代算法 波前重建 ICF 循环式径向剪切干涉
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显微剪切干涉表面粗糙度轮廓测量 被引量:1
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作者 刘晓军 高咏生 《中国测试技术》 CAS 2004年第2期3-5,共3页
介绍一种显微剪切干涉仪 ,其基于剪切干涉是自干涉 ,因而具有相当的抗环境干扰和抗振动的特性 ,结合剪切干涉技术与显微干涉技术 ,实现制造环境下表面粗糙度精密测量。本文介绍了该显微剪切干涉仪的原理 ,给出了实验结果。
关键词 剪切干涉 显微干涉 抗振 表面粗糙度 精密测量 显微剪切干涉
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径向剪切干涉法综合诊断光束质量研究 被引量:6
6
作者 赵军普 陈波 +9 位作者 彭翰生 景峰 秦兴武 胡东霞 李强 刘华 孙志红 徐隆波 程娟 卢宗贵 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第4期565-568,共4页
为了解决高功率激光装置光束质量诊断系统的自验证问题,研究了基于空间相位调制的径向剪切干涉法综合诊断光束质量的实验应用。该方法理论上只需一台干涉仪且从单幅干涉图中获取光束的近场、相位和远场分布信息。实验结果表明,目前可以... 为了解决高功率激光装置光束质量诊断系统的自验证问题,研究了基于空间相位调制的径向剪切干涉法综合诊断光束质量的实验应用。该方法理论上只需一台干涉仪且从单幅干涉图中获取光束的近场、相位和远场分布信息。实验结果表明,目前可以得到高分辨率的相位分布,由测量近场和相位恢复出的远场同CCD直接测量得到的远场形态相同,环围能量比曲线相当吻合,不足之处在于只能提取近场较低空间频率成分,还达不到CCD直接测量的空间分辨水平。 展开更多
关键词 光束质量 径向剪切干涉 近场 远场 相位
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用剪切干涉高速摄影法测量内燃机缸内温度场的实验研究 被引量:5
7
作者 刘德新 王天友 +3 位作者 刘书亮 于吉超 李万众 熊树生 《内燃机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第4期317-323,共7页
建立了一套用于火花点火发动机缸内燃烧研究的剪切干涉及高速摄影实验装置。利用图像处理系统对拍摄到的燃烧干涉图像进行处理 ,可以定量得到燃烧过程气缸内的温度场 ,并可估算出火焰传播速度。从温度场可以看出 ,在燃烧过程中缸内大致... 建立了一套用于火花点火发动机缸内燃烧研究的剪切干涉及高速摄影实验装置。利用图像处理系统对拍摄到的燃烧干涉图像进行处理 ,可以定量得到燃烧过程气缸内的温度场 ,并可估算出火焰传播速度。从温度场可以看出 ,在燃烧过程中缸内大致可以分为 3个区域 ,即已燃区、未燃区和燃烧区。燃烧区的温度最高 ,温度梯度大 ;已燃区的温度次之 ,梯度较小 ;未燃区的温度最低 ,但梯度较大。在燃烧过程中 ,缸内的火焰面以近似球面向未燃区推进 ,火焰传播速度开始较小 ,随着燃烧过程的进行而迅速增大 ,达到一最大值后 ,逐渐减小 ,直至燃遍整个燃烧室。剪切量是影响缸内燃烧温度测量精度的一个重要因素 :剪切量大 ,则干涉条纹密集 ,测量精度高 ,但图像处理工作量大 ,适用于温度梯度大的温度场的测量 ;剪切量小则相反。 展开更多
关键词 测量 内燃机 剪切干涉 高速摄影 图像处理 温度场 火焰传播速度 燃烧过程
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剪切干涉技术新进展 被引量:4
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作者 史红民 倪受庸 +2 位作者 付雷 王昊 陆耀东 《激光杂志》 CAS CSCD 北大核心 1999年第4期6-7,15,共3页
在共光路干涉中,剪切干涉法已在很多领域有着广泛的应用。该方法有其独特的优越性,也存在局限性。这导致剪切干涉法只能在特定的条件下测量某些特定量。本文主要讨论干涉法的这些优缺点,并总结一些新进展,如剪切干涉中的相移技术,... 在共光路干涉中,剪切干涉法已在很多领域有着广泛的应用。该方法有其独特的优越性,也存在局限性。这导致剪切干涉法只能在特定的条件下测量某些特定量。本文主要讨论干涉法的这些优缺点,并总结一些新进展,如剪切干涉中的相移技术,二维剪切干涉技术和剪切干涉中的载波技术。所有这些进展都是为了扩展剪切干涉法的应用领域,提高该方法的精度,并实现自动测量。 展开更多
关键词 剪切干涉 相移 载波 干涉
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CCD非线性效应对剪切干涉法波前检测的影响 被引量:4
9
作者 杜永兆 冯国英 +3 位作者 张凯 李洪儒 邓国亮 周寿桓 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第8期1775-1779,共5页
利用径向剪切干涉法检测高功率激光波前时,由于探测器CCD非线性效应,在频谱中引入了除基频外的二级、三级等高次频谱分量,增加了频谱混叠的可能,使得对有用信息提取困难,降低了波前检测精度。从理论上分析了CCD非线性效应产生高次频谱... 利用径向剪切干涉法检测高功率激光波前时,由于探测器CCD非线性效应,在频谱中引入了除基频外的二级、三级等高次频谱分量,增加了频谱混叠的可能,使得对有用信息提取困难,降低了波前检测精度。从理论上分析了CCD非线性效应产生高次频谱分量和导致频谱混叠的原因,给出非线性条件下避免频谱混叠的条件,提出了通过提高空间载频的方法来减小或消除CCD非线性效应导致的频谱混叠。计算机模拟和实验结果表明,该方法能够有效抑制频谱混叠并显著提高波前检测精度。 展开更多
关键词 径向剪切干涉 CCD非线性 傅里叶变换 频谱混叠 空间载频
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用剪切干涉法测气动窗口流场对光束质量的影响 被引量:4
10
作者 陈付幸 刘天华 +1 位作者 姜宗福 李文煜 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第6期670-674,共5页
利用横向剪切干涉仪对测量环境要求不高的优点 ,提出用横向剪切干涉仪测量气动窗口流场对光束质量的影响 ;给出测量原理 ,解决了干涉条纹难以判读的难点。并对稳定工作状态下自由旋涡气动窗口流场对光束质量的影响进行实验研究。以斯特... 利用横向剪切干涉仪对测量环境要求不高的优点 ,提出用横向剪切干涉仪测量气动窗口流场对光束质量的影响 ;给出测量原理 ,解决了干涉条纹难以判读的难点。并对稳定工作状态下自由旋涡气动窗口流场对光束质量的影响进行实验研究。以斯特列尔比为评价标准 ,测量给出自由旋涡气动窗口在稳定工作状态下对光束质量的影响程度。结果表明 ,当自由旋涡气动窗口工作在理论设计条件下时 ,对光束质量的影响比较小 。 展开更多
关键词 剪切干涉 气动窗口 数字图像处理 斯特列尔比 流场 光束质量 激光器
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横向剪切干涉的波前重构新方法 被引量:3
11
作者 许晓军 陆启生 +1 位作者 刘泽金 舒柏宏 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第3期261-266,共6页
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... 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 。 展开更多
关键词 剪切干涉 周期延拓 小波变换 波前重构
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使用双波带板径向剪切干涉仪检测非球面透镜 被引量:3
12
作者 张斌 马力 +1 位作者 王鸣 贺安之 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2007年第1期37-40,46,共5页
为了实现对光学非球面的低成本在线测量,在比较和分析现有非球面检测技术的基础上,设计并制作了一种小型径向剪切干涉仪用于检测非球面透镜。基于波带板可以聚焦成像的原理,该干涉仪采用不同焦距的双波带板产生径向剪切干涉。波带板由... 为了实现对光学非球面的低成本在线测量,在比较和分析现有非球面检测技术的基础上,设计并制作了一种小型径向剪切干涉仪用于检测非球面透镜。基于波带板可以聚焦成像的原理,该干涉仪采用不同焦距的双波带板产生径向剪切干涉。波带板由工业缩微矢量图制版技术设计和制作而成,并通过实验验证了该波带板的聚焦精度。采用傅里叶变换条纹相位分析法对干涉条纹进行处理,计算出波相差和波面面形。实验中给出了平面波光束经过一个非球面透镜后的波面面形检测结果和误差分析,使用该技术对标准非球面进行测试,波差峰谷值(P-V)达到了λ/5的精度,均方差(RMS)达到λ/10的精度。结果表明,该干涉仪具有体积小、抗干扰能力强等特点,适用于对小型非球面透镜进行在线检测。 展开更多
关键词 仪器测量与计量 剪切干涉 波带板 非球面
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平板剪切干涉法检验激光准直性的改进 被引量:3
13
作者 赵明山 李国华 张敬斌 《光电工程》 CAS CSCD 1991年第6期39-42,共4页
本文提出了利用平板剪切干涉法检验激光束准直性的一种改进方案。以两组干涉条纹的平行作为准直性判据,既简化了检测过程,又可使检验灵敏度提高一倍。
关键词 激光 校准 平板干涉 剪切干涉 检验
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基于窗口傅里叶变换剪切干涉法波前检测 被引量:2
14
作者 李洪儒 冯国英 +2 位作者 杜永兆 杨火木 周寿桓 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第8期1897-1903,共7页
提出了一种利用二维窗口傅里叶变换从径向剪切干涉条纹中准确得到波前的重建技术。首先对剪切干涉条纹做二维窗口傅里叶变换,设置阈值和频率积分范围后,进行二维窗口傅里叶逆变换,然后对包裹相位做去载频和相位展开处理得到相位差分布,... 提出了一种利用二维窗口傅里叶变换从径向剪切干涉条纹中准确得到波前的重建技术。首先对剪切干涉条纹做二维窗口傅里叶变换,设置阈值和频率积分范围后,进行二维窗口傅里叶逆变换,然后对包裹相位做去载频和相位展开处理得到相位差分布,最后使用波前迭代算法从相位差中复原实际波前。模拟计算表明,使用该方法最大相位复原误差为0.82%,均方根值为0.020 9 rad,实验结果验证了该方法的有效性。同时也对窗口傅里叶变换的关键参数,如窗函数的选择、窗口大小的确定以及阈值的选取等进行了简要讨论。与传统傅里叶变换法(FFT)相比,基于窗口傅里叶变换的剪切干涉波前检测法有更高的精度和稳定性,为波前检测提供一种新的处理方法。 展开更多
关键词 波前检测 窗口傅里叶变换 径向剪切干涉 频谱滤波
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剪切干涉仪与哈特曼波前传感器的波前复原比较 被引量:7
15
作者 许晓军 陆启生 刘泽金 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第3期269-272,共4页
对横向剪切干涉仪和哈特曼波前传感器的波前探测和复原进行了类比推导和仿真计算。结果表明 ,在相同输入波前、相同探测面元、相同拟合函数及阶数的情况下 ,横向剪切干涉仪的波前复原能力比哈特曼波前传感器强。主要原因是前者对波前的... 对横向剪切干涉仪和哈特曼波前传感器的波前探测和复原进行了类比推导和仿真计算。结果表明 ,在相同输入波前、相同探测面元、相同拟合函数及阶数的情况下 ,横向剪切干涉仪的波前复原能力比哈特曼波前传感器强。主要原因是前者对波前的间接采样所包含的波前信息大于后者 ,并且前者比较容易增大对波前的采样。 展开更多
关键词 剪切干涉 哈特曼波前传感器 波前复原算法
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横向剪切干涉中非共光路误差的识别与补偿 被引量:2
16
作者 刘丙才 李兵 +1 位作者 田爱玲 高芬 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2015年第8期2406-2410,共5页
由于相移式横向剪切干涉不需要标准参考波面,因此它可以缩小干涉腔长、甚至实现绝对的共光路干涉,从而最大程度上降低了空气扰动和振动的影响,但实验室设计的相移式横向剪切干涉测量装置中的分束棱镜、剪切平板和五棱镜的制造误差仍然... 由于相移式横向剪切干涉不需要标准参考波面,因此它可以缩小干涉腔长、甚至实现绝对的共光路干涉,从而最大程度上降低了空气扰动和振动的影响,但实验室设计的相移式横向剪切干涉测量装置中的分束棱镜、剪切平板和五棱镜的制造误差仍然造成了发生错位的两波面间产生非共光路误差。通过剪切干涉测量装置中调整误差和非共光路误差的对比分析,提出了非共光路误差的计算方法,并在测试结果中进行非共光路误差的补偿。实验结果发现补偿非共光路误差后的面形误差与ZYGO干涉仪的测量结果非常接近。 展开更多
关键词 非共光路误差 横向剪切干涉 误差补偿
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正交双频光栅CCD系统剪切干涉测量二维温度场 被引量:1
17
作者 明海 周晨冈 +5 位作者 刘宇 薛仲远 扬宝 谢建平 霍然 李昌烽 《光电工程》 CAS CSCD 1996年第1期13-17,共5页
以半导体激光器为光源、利用正交双频光栅(ODFG)CCD系统剪切干涉对带平板边界的半圆柱体热源的二维温度场进行实时诊断,分析剪切干涉图时,用柱函数系作为拟合基底,给出二维自然对流温度场的定量分布。
关键词 温度测量 温度分布 剪切干涉 CCD 双频光栅
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物体变形测量的相移数字散斑剪切干涉术 被引量:3
18
作者 顾国庆 王开福 《激光杂志》 CAS CSCD 北大核心 2011年第4期16-17,共2页
相移数字散斑剪切干涉技术可以提高检测精度,利用该方法对圆形铝板试件进行测量。为了实现全场相位的精确求解,运用等四步相移Carré算法定量计算相位。将该非接触测量技术与弹性力学理论分析相结合,对四周固支,中心受集中载荷试件... 相移数字散斑剪切干涉技术可以提高检测精度,利用该方法对圆形铝板试件进行测量。为了实现全场相位的精确求解,运用等四步相移Carré算法定量计算相位。将该非接触测量技术与弹性力学理论分析相结合,对四周固支,中心受集中载荷试件的离面位移导数进行测量与分析,另外采用有限元方法进行模拟。最后将实验结果分别和理论结果、有限元结果进行比较,发现三者吻合得很好,说明测量结果理想。 展开更多
关键词 数字散斑剪切干涉 相移技术 Carré算法 变形 离面位移导数 有限元
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激光剪切干涉用于在线表面测量的特性分析 被引量:2
19
作者 刘晓军 高咏生 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2006年第4期337-339,343,共4页
为探讨和证明双折射晶体激光剪切干涉仪用于在线表面精密测量的可能性,推导了该干涉仪中光传输和实现表面测量的模型,分析了其抗振特性,模拟了相当的振动条件对其抗振特性进行实验测试。分析和实验证明了该干涉仪具有良好的抗振能力,适... 为探讨和证明双折射晶体激光剪切干涉仪用于在线表面精密测量的可能性,推导了该干涉仪中光传输和实现表面测量的模型,分析了其抗振特性,模拟了相当的振动条件对其抗振特性进行实验测试。分析和实验证明了该干涉仪具有良好的抗振能力,适合应用于在线表面精密测量。 展开更多
关键词 仪器测量与计量 剪切干涉 在线 分析
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三平板剪切干涉仪自动测试系统 被引量:1
20
作者 何勇 王青 +1 位作者 陈进榜 吴桢 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2003年第3期226-228,232,共4页
三平板剪切干涉仪是环路剪切干涉仪中最简单的一种 ,它具有基本等光程、剪切量连续可调、两出射光束恒相互平行等特点。利用三平板剪切干涉仪对激光器出射波面质量进行检测 ,探讨了由剪切干涉图复原原始波面的 1阶微分法 ,编制了专家辅... 三平板剪切干涉仪是环路剪切干涉仪中最简单的一种 ,它具有基本等光程、剪切量连续可调、两出射光束恒相互平行等特点。利用三平板剪切干涉仪对激光器出射波面质量进行检测 ,探讨了由剪切干涉图复原原始波面的 1阶微分法 ,编制了专家辅助软件系统 ,为光机型的三平板剪切干涉仪配置了实时图像采集、处理系统 ,实现了光、机、电、算相结合 ,融硬、软件于一体的数字波面剪切干涉仪 ,并通过实验验证了方法的重复性精度。 展开更多
关键词 剪切干涉 波面复原 波面拟合
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