基于傅里叶变换法的环形共光路点衍射干涉仪

摘要

光学波前测量技术在自适应光学、光学检测等领域广泛应用，为相关的波前探测技术的发展起到极大的推动作用。点衍射干涉仪（PDI）通过针孔衍射产生标准波面并作为参考光波，为实现高精度的光学检测提供了有效的解决方案。但是，目前共光路PDI面临移相及相位提取困难、掩模板制作难度大、波前测量实时性差以及条纹对比度低等问题，本文将研究一种新型环形共光路PDI以克服上述局限。
　　论文提出的一种基于傅里叶变换法的环形共光路 PDI使用偏振分束环路光学系统将入射待测线偏振光分成沿相同光路、相反方向传播的两束正交线偏振光；环路系统中两个焦距相等的正透镜以及置于透镜焦平面上的带孔偏振片用来获得参考光与测试光。通过倾斜偏振分束镜便可在测试与参考光之间引入线性相位调制，从而获得载频干涉条纹，然后使用傅里叶变换法重建待测波前。论文同时对影响波前重建精度的两个关键参数（即条纹对比度和载频）进行深入分析。仿真与实验结果表明，该系统具有结构简单紧凑、调整便捷、条纹对比度与载频可调等优势，并且可实现实时波前探测。
　　在强激光的传输与控制领域，经常会遇到光强闪烁问题，当传统波前传感器应用于光强闪烁情况下的波前探测时其性能将严重下降。论文通过数值模拟分析了光强闪烁对PDI针孔滤波及所产生的参考波面的影响。结果表明，当针孔尺寸等于无畸变理想光学系统爱里斑直径的一半时，光强闪烁的存在与否对针孔滤波影响不大，并且均能产生高精度的参考波前，其均方根误差低于0.05λ。由此说明PDI系统能够很好地应用于光强闪烁出现情况下的波前探测，这些研究成果也显示了PDI将具有更为广阔的应用与发展空间。

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第一章 绪论

1.1 点衍射干涉仪的应用

1.2 PDI的研究现状

1.3课题来源及研究意义

1.4 论文的主要内容及章节安排

第二章 传统PDI类型及波前重建方法

2.1 PDI基本原理

2.2 基于移相技术的PDI

2.2.1 基于PZT移相技术的PDI

2.2.2 基于光栅移相技术的PDI

2.2.3 基于偏振移相技术的PDI

2.3移相干涉波前重建算法

2.4基于傅里叶变换法的PDI

2.5 傅里叶变换法波前重建算法

2.6本章小结

第三章 环形共光路PDI原理及关键参数分析

3.1环形共光路PDI原理

3.1.1 系统结构及工作原理

3.1.2 琼斯矩阵分析

3.2条纹对比度分析

3.2.1 条纹对比度的基本概念

3.2.2 条纹对比度数值分析

3.3 载频大小对FTM的影响

3.4 本章小结

第四章 针孔滤波与光强闪烁

4.1 针孔滤波分析

4.1.1 针孔滤波的基本概念

4.1.2 针孔滤波数值模拟

4.1.3 强度通过率分析

4.2 光强闪烁分析

4.2.1 光强闪烁的基本概念

4.2.2 光强闪烁的模拟

4.3 光强闪烁对针孔滤波的影响分析

4.4 本章小结

第五章 环形共光路PDI实验研究

5.1 实验系统介绍

5.2实验结果及分析

5.3本章小结

第六章 结论与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

在读期间取得的科研成果