学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

数字全息术在微结构测量中的应用研究

作　者: 李世扬
导　师: 赵建林
学　校: 西北工业大学
专　业: 光学工程
关键词: 数字全息术无透镜傅里叶变换全息术数值再现全息干涉术自聚焦透镜光纤数字全息系统
分类号: O438.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 413次
引　用: 8次
阅　读: 论文下载

内容摘要

微型化是各种电子、机械、信息系统的发展趋势,改进传统检测方法,研究新的测试技术是微系统工程发展的迫切要求。数字全息术作为一种新型的全息成像技术,将光学全息术、固体摄像器件与数字图像处理技术相结合,在微结构测量领域有着广阔的应用前景。数字无透镜傅里叶变换全息术因其对CCD的空间分辨率要求低、能充分利用CCD有限的靶面尺寸,在微结构形貌、形变以及材料特性参数的测量方面具有独特的优势。本文从理论和实验两方面详细探讨了数字无透镜傅里叶变换全息术在微结构测量方面的应用。其主要内容包括: (1) 从处理衍射问题的菲涅耳变换法出发,根据菲涅耳衍射积分的快速数值解法,讨论了数字无透镜傅里叶变换全息图数值再现的相关过程和理论,以及再现像平面的空间分辨率和横向分辨率问题。分析了CCD参数对记录条件的限制、不同参考光的记录对CCD空间带宽的影响以及普通离轴全息系统与无透镜傅里叶变换全息系统中信息量的空间带宽积问题。指出无透镜傅里叶变换全息光路能充分利用CCD有限的靶面尺寸,从而降低对CCD空间分辨率的要求,因此适用于对微小物体进行测量研究。 (2) 实验上研究了利用数字无透镜傅立叶变换全息术对小物体的测量。分别针对反射型小物体,透射型小物体进行了数字记录和再现,结合数字图像处理取得到了较好的再现结果,并进一步对逐层再现透明三维物场和由此涉及到的景深问题进行了分析和讨论。将数字无透镜傅里叶变换全息术应用到全息干涉计量中,分别测量了钢悬臂梁的离面位移以及小电阻在加载不同电压下的形变程度,分析了由光路几何结构决定的灵敏度矢量对形变测量结果的影响。最后对双源点法测微小物体三维形貌进行了实验研究,并讨论了影响测量精度的主要因素、存在的主要问题及解决途径。 (3) 将自聚焦透镜与光纤数字全息术相结合,利用自聚焦透镜对物光复振幅进行中继传输,并结合光纤细小柔韧、抗电磁干扰、耐腐蚀等特点,设计出了一种基于无透镜傅立叶变换光路的,灵巧的光纤数字全息测量系统,对小物体进行了记录和再现,同时对加载铝板的形变进行了定性测量,获得了较为满意的结果。实验结果表明,该系统不仅结构紧凑,还可以利用多截距的长自聚焦透镜棒对一些光线难以到达的隐藏区域进行中继成像,从而实现对各种复杂环境、一般测量手段难以进行直接测量的封闭结构实现相关量的有效测量。

全文目录

中文摘要  2-3
英文摘要  3-6
第1章绪论  6-17
  1.1 微系统工程概述  6-7
  1.2 数字全息术概述  7-9
  1.3 光纤数字全息术及其发展  9-10
  1.4 数字全息术在微结构测量中的应用  10-15
    1.4.1 微小物体形貌测量  11-12
    1.4.2 微小物体形变测量  12
    1.4.3 微结构元件材料特性表征  12-14
    1.4.4 数字全息术在生物微结构和MEMS系统测试中的应用  14-15
  1.5 研究目的及意义  15
  1.6 本论文的主要工作  15-17
第2章数字无透镜傅里叶变换全息术及其相关理论研究  17-34
  2.1 无透镜傅里叶变换全息图  17-21
    2.1.1 无透镜傅里叶变换全息图的记录  17-18
    2.1.2 无透镜傅里叶变换全息图的再现  18-20
    2.1.3 衍射像分离的条件  20-21
  2.2 数字无透镜傅里叶变换全息术  21-25
    2.2.1 数字无透镜傅里叶变换全息术的数学模型  21
    2.2.2 菲涅耳衍射积分的快速解法  21-23
    2.2.3.再现像面的空间分辨率和横向分辨率  23-25
    2.2.4 数字无透镜傅里叶变换全息图的数值再现  25
  2.3 离轴全息记录系统空间带宽积的讨论  25-32
    2.3.1 CCD参数对记录条件的限制  26-28
    2.3.2 不同参考光的记录对CCD空间带宽的影响  28-29
    2.3.3 一般离轴全息记录光路的空间带宽积  29-30
    2.3.4 无透镜傅里叶变换全息光路的空间带宽积  30-32
  2.4 数字无透镜傅立叶变换图再现中的图像处理  32-33
  本章小结  33-34
第3章数字无透镜傅里叶变换全息术用于小物体测量的实验研究  34-53
  3.1 反射小物体的数值再现  34-36
    3.1.1 实验光路  34-35
    3.1.2 实验结果  35-36
  3.2 透射小物体的分层再现及景深问题  36-39
    3.2.1 物场的逐层再现  36
    3.2.2 逐层再现的实验光路  36-38
    3.2.3 实验结果分析及讨论  38-39
  3.3 利用数字全息干涉术测量小物体形变  39-47
    3.3.1 数字全息干涉术的基本理论  39-41
    3.3.2 相位去包裹算法  41-43
    3.3.3 钢悬臂梁的离面位移测量  43-45
    3.3.4 电阻形变测量  45-46
    3.3.5 关于灵敏度矢量的讨论  46-47
  3.4 双源点法测小物体形貌的实验研究  47-52
    3.4.1 实验原理  48-49
    3.4.2 实验光路  49-50
    3.4.3 实验结果及分析  50-52
  本章小结  52-53
第4章基于自聚焦透镜的光纤数字全息系统  53-63
  4.1 自聚焦透镜的基本特性  53-57
    4.1.1 自聚焦透镜的光学特性  53-55
    4.1.2 自聚焦透镜的成像特性  55-57
  4.2 基于自聚焦透镜的光纤数字全息系统  57-58
  4.3 利用自聚焦透镜成像记录小物体的全息图  58-60
    4.3.1 实验光路  58
    4.3.2 实验结果  58-60
  4.4 利用自聚焦透镜成像测量物场的变形  60-61
    4.4.1 不加自聚焦透镜的实验结果  60-61
    4.4.2 加自聚焦透镜的实验结果  61
  4.5 光纤作为传输介质对全息图记录的影响及讨论  61-62
  本章小结  62-63
第5章结论与展望  63-65
  5.1 本文的总结  63
  5.2 未完成的工作及对下一步工作的建议  63-65
参考文献  65-70
攻读硕士期间发表和完成的学术论文及参加的科研项目  70-71
致谢  71-72

数字全息术在微结构测量中的应用研究

内容摘要

全文目录

相似论文