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径向剪切干涉波前检测技术研究

作　者: 丁世涛
导　师: 张爱红
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 光学工程
关键词: 波前检测 径向剪切干涉 波面拟合 Zernike多项式
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着激光技术和现代光学加工技术的飞速发展，光学元件面形检测和波前畸变检测对光学检测技术的要求不断提高，检测系统结构也趋于复杂化。由于光学元件加工和波前畸变测量的特殊性，传统的光学检测技术已经不能满足检测精度的要求。传统光学检测方法需要标准参考面、精度低、检测周期长、难以用于现场测量等缺点，而径向剪切干涉波前检测技术能够很好的解决传统光学检测方法中存在的问题，它能实现对任意面形的高精度、静态和瞬态实时测量，指导光学元件加工和波前畸变的控制。本论对径向剪切干涉波前检测技术进行了研究，并结合实际的非球面检测进行了仿真验证和分析，主要研究内容如下：（1）基于径向剪切干涉原理，设计了径向剪切干涉仿真程序，研究了径向剪切比对径向剪切干涉的影响和径向剪切干涉图的预处理方法。（2）基于Zernike多项式，研究了最小二乘法、Gram-Schimdt正交法以及Householder变换法的波面拟合，分析了拟合精度，并从径向剪切干涉图中拟合出了被测波面的径向剪切干涉波面。结果表明Householder变换法的拟合精度高于前两种方法。（3）基于被测波面和径向剪切干涉波面之间的关系，推导了复原被测波面的迭代公式，仿真了不同PV值的波面迭代复原，并分析了迭代精度，仿真了径向剪切干涉波前重构。结果表明迭代算法的重构精度能够达到径向剪切干涉波前检测技术的要求。（4）基于补偿器检测非球面的方法，设计了径向剪切干涉波前检测系统，仿真了非球面的检测，分析了检测精度和误差来源，针对系统误差提出了消除或者抑制的方法。结果表明检测精度高于传统的光学测量方法。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
第1章 绪论  8-17
  1.1 课题研究背景及意义  8-9
  1.2 波前检测技术研究现状  9-11
  1.3 径向剪切干涉国内外研究现状  11-15
  1.4 本论文主要研究内容  15-17
第2章 径向剪切干涉原理  17-29
  2.1 径向剪切干涉的光学原理  17-20
  2.2 径向剪切比对径向剪切干涉影响分析  20-23
    2.2.1 径向剪切比对径向剪切干涉条纹的影响  20-22
    2.2.2 径向剪切比与相对灵敏度的关系  22-23
  2.3 径向剪切干涉图预处理  23-28
    2.3.1 干涉图像滤波  24-26
    2.3.2 干涉图样二值化  26-27
    2.3.3 干涉条纹细化  27
    2.3.4 干涉条纹标记  27-28
  2.4 本章小结  28-29
第3章 径向剪切干涉波面的拟合方法研究  29-55
  3.1 Zernike 多项式  29-31
  3.2 最小二乘法的 Zernike 多项式拟合  31-38
    3.2.1 最小二乘法  31-33
    3.2.2 最小二乘法波面拟合  33-38
  3.3 Gram-Schimdt 正交法的 Zernike 多项式拟合  38-44
    3.3.1 Gram-Schimdt 正交化法  39-40
    3.3.2 Gram-Schimdt 正交法波面拟合  40-44
  3.4 Householder 变换法的 Zernike 多项式拟合  44-50
    3.4.1 Householder 变换法  44-45
    3.4.2 Householder 变换法波面拟合  45-50
  3.5 拟合结果分析  50-52
  3.6 径向剪切干涉波面拟合  52-54
  3.7 本章小结  54-55
第4章 基于迭代算法的波前重建  55-63
  4.1 波前重建的迭代算法  55-57
  4.2 迭代复原算法仿真  57-60
  4.3 迭代算法波前重建  60-62
  4.4 本章小结  62-63
第5章 径向剪切干涉非球面检测系统仿真  63-74
  5.1 非球面检测的光学系统设计  63-70
    5.1.1 激光扩束系统设计  64-67
    5.1.2 分光棱镜设计  67
    5.1.3 望远系统设计  67-69
    5.1.4 成像系统设计  69-70
  5.2 补偿器设计  70
  5.3 非球面面形检测仿真  70-73
  5.4 本章小结  73-74
结论  74-76
参考文献  76-81
致谢  81

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统
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