数字剪切波面干涉技术

摘要

光干涉测量在现代科学技术中具有重要的地位。然而普通干涉仪对环境要求高、造价贵，测量口径有限。所以，剪切干涉仪作为一种共路干涉仪因为其良好的鲁棒性和稳定性，被越来越多地应用于现代高科技领域。 本文以剪切干涉图处理中相关问题为研究内容，旨在精确恢复待测波面信息。主要研究横向剪切干涉仪在检测激光束波面，获得运转中激光器输出波面的参数和性能等方面的应用。在相关的文献综述的基础上，探讨了数字剪切干涉仪的原理以及获取待测波面的技术方法。本文主要包括三方面的内容： 1.对于剪切干涉图的处理技术，总结了强度方法和位相方法。对于强度方法，着重论述了条纹拟合法以及反余弦法。分析并模拟了旋转滤波、高斯滤波等消除噪声的滤波算法。提出了灰度加权平均细化算法，提高了条纹拟合法的处理精度。对于位相法，归纳了傅立叶变换法和相移法的各种算法。 2.对于被测激光波面的重建算法，分析了积分法、一维联立解析法、待定系数法、网格点法以及扩展网格点法等。并针对待定系数法的缺陷，提出了基于奇异值分解的两维待定系数算法，通过模拟证明了方法的正确，提高了波面重建的精度。 3.搭建一维剪切实验装置以及相关软件的编制，并通过实验数据验证了方法的正确性。利用本文提出的基于奇异值分解的两维待定系数波面重建算法对模拟的两维移相剪切干涉图进行处理，精度较高，显示了本文方法的可行性和稳定性。针对现有的剪切移相方法做了深入的分析比较，对两维剪切移相装置进行了实验研究与分析。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及本论文使用授权说明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2课题研究的目的和意义

1.3国内外研究概况

1.3.1国外研究概况

1.3.2国内研究概况

1.4本文内容

第二章剪切干涉仪的测量原理

2.1剪切干涉仪的基本原理

2.2剪切干涉仪的理论

2.3剪切干涉仪的优点

2.4含有不同象差剪切干涉图分析

2.4.1离焦

2.4.2倾斜

2.4.3初级球差

2.4.4初级慧差

2.4.4初级象散

2.5 小结

常三章剪切干涉条纹图的处理

3.1条纹拟合法

3.1.1条纹图预处理

3.1.2条纹图二值化

3.1.3提取条纹中心线

3.1.4剪切波面拟合

3.2反余弦法

3.3小结

第四章剪切干涉条纹图的位相处理方法

4.1傅立叶变换法

4.1.1傅立叶变换法的基本原理

4.1.2傅立叶变换的空间载波法

4.2时间相移法

4.2.1移相算法

4.2.2位相去包裹算法

4.3 小结

第五章原始波面重韵方法研究

5.1积分法

5.2一维联立解析法

5.3变换系数法

5.4待定系数算法

5.4.1基于奇异值分解的两维待定系数算法

5.4.2一维待定系数法

5.5网格点法

5.6计算机模拟结果

5.7小结

第六章实验装置的建立和实测处理

6.1一维剪切实验装置

6.1.1实验系统

6.1.2一维剪切干涉软件

6.1.3测试结果

6.2二维剪切移相实验

6.2.1剪切移相模拟结果

6.2.2现有的剪切移相装置

6.2.3剪切移相装置搭建

6.3 小结

第七章总结与展望

7.1研究工作的总结

7.2今后工作的展望

参考文献

攻读学位期间公开发表的论文

致谢