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基于时域有限差分方法的点衍射波前误差分析

中国激光 2011年第9期38卷 165-169页

作者：陈琛杨甬英王道档卓永模浙江大学现代光学仪器国家重点实验室浙江杭州310027

小孔的直径影响小孔衍射波前的误差,进而会影响点衍射干涉(PDI)检测的精度。基于矢量衍射理论中的时域有限差分(FDTD)方法,精确分析了可见光情况下衍射小孔直径接近以及小于入射光波长时所对应的衍射波前相对于标准球面波的偏离误差。... 详细信息

小孔的直径影响小孔衍射波前的误差,进而会影响点衍射干涉(PDI)检测的精度。基于矢量衍射理论中的时域有限差分(FDTD)方法,精确分析了可见光情况下衍射小孔直径接近以及小于入射光波长时所对应的衍射波前相对于标准球面波的偏离误差。数值仿真结果表明,当小孔的直径为400 nm时,所对应的数值孔径为0.65的衍射波前的误差峰谷值小于1 nm,而误差均方根值小于0.35 nm。随着小孔尺寸的减小,其衍射波前的误差进一步减小。仿真结果原理上验证了小孔点衍射干涉方法用于实现大数值孔径球面的高精度检测的可行性,并为实际检测中点衍射小孔尺寸的选择提供了精确的数值依据。

关键词：光学测量点衍射干涉检测时域有限差分法波前误差矢量衍射

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适于大口径精密光学表面疵病图像的拼接算法

浙江大学学报（工学版） 2011年第2期45卷 375-381页

作者：肖冰杨甬英高鑫刘东王道档卓永模浙江大学现代光学仪器国家重点实验室浙江杭州310027

在大口径精密光学表面疵病检测中,针对原有图像拼接算法在子孔径图像数目较多时易产生拼接错位的情况,提出了基于特征分类的多层次图像拼接算法.该算法分为特征分类和多层次拼接2部分:前一部分通过重叠区域内特征的提取和分类,将所有子... 详细信息

在大口径精密光学表面疵病检测中,针对原有图像拼接算法在子孔径图像数目较多时易产生拼接错位的情况,提出了基于特征分类的多层次图像拼接算法.该算法分为特征分类和多层次拼接2部分:前一部分通过重叠区域内特征的提取和分类,将所有子孔径图像的重叠区域分为4类;后一部分针对4类重叠区域的不同特点,进行4轮拼接,最终得到全景图像.结果表明,该算法能有效避免由导轨累积定位误差和缺陷贯穿数个子孔图像的贯穿型直线特征导致的拼接错位,且较原有算法效率更高.因此,该算法对于实现大口径光学元件表面疵病的高分辨率检测具有重要意义.

关键词：疵病检测图像拼接特征分类

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基于差分方法的高精度球面调整误差校正

光电子．激光 2013年第1期24卷 127-132页

作者：王道档杨甬英陈晓钰邵卫红中国计量学院计量测试工程学院浙江杭州310018 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室浙江杭州310027

针对高精度球面检测中待测球面调整误差所引入的高阶像差影响,提出了一种基于差分方法的高精度调整误差校正方法。通过对待测球面分别引入两个不同的波前离焦量,对测得的波面数据取差分,由此得到测量中调整误差所引入的高阶像差,并将其... 详细信息

针对高精度球面检测中待测球面调整误差所引入的高阶像差影响,提出了一种基于差分方法的高精度调整误差校正方法。通过对待测球面分别引入两个不同的波前离焦量,对测得的波面数据取差分,由此得到测量中调整误差所引入的高阶像差,并将其从面形数据中分离出来,进而实现高精度的球面调整误差校正。通过Zygo干涉仪对提出方法的可行性进行了实验验证,并给出了实验结果。测量中,对大数值孔径待测球面同时引入波前离焦和倾斜,运用本文方法实现调整误差的校正精度达到了均方根(RMS)为0.001 5λ和峰谷(PV)为0.018 9λ。本文方法无需了解检测系统或待测球面的任何先验信息,并可有效降低对待测球面调整的要求,在实际的高精度球面检测中有很好的适用性。

关键词：光学检测差分波前调整误差校正球面

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球面干涉检测中改进的调整误差校正方法

浙江大学学报（工学版） 2012年第10期46卷 1932-1936页

作者：王道档杨甬英邵卫红陈晓钰中国计量学院计量测试工程学院浙江杭州310018 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室浙江杭州310027

根据球面干涉检测中待测球面调整误差的高阶近似模型,提出新的基于泽尼克多项式拟合的球面调整误差校正方法.该方法根据测得原始面形数据的泽尼克多项式系数以及待测面数值孔径,得到调整误差所引入的低阶和高阶像差量,实现高精度球面调... 详细信息

根据球面干涉检测中待测球面调整误差的高阶近似模型,提出新的基于泽尼克多项式拟合的球面调整误差校正方法.该方法根据测得原始面形数据的泽尼克多项式系数以及待测面数值孔径,得到调整误差所引入的低阶和高阶像差量,实现高精度球面调整误差校正.通过Zygo干涉仪及大数值孔径待测球面对提出的校正方法进行实验验证,校正精度达到了均方根值近0.001λ、峰谷值0.011λ.实验结果表明,该方法可以实现很高的球面调整误差校正,无需了解实际调整误差量,便于自动化处理,可以降低检测装置中对待测面调节机构精度的要求.

关键词：光学检测泽尼克多项式拟合调整误差校正球面大数值孔径

基于快速搜索粒子群算法的点衍射干涉绝对位移测量方法

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光学学报 2016年第1期36卷 121-128页

作者：王道档徐杨波陈茜茜郭天太孔明赵军朱保华中国计量学院计量测试工程学院浙江杭州310018 桂林电子科技大学广西自动检测技术与仪器重点实验室广西桂林541004 桂林电子科技大学广西高校光电信息处理重点实验室广西桂林541004

为了解决目前点衍射绝对位移测量系统中位移重构算法存在的收敛率低问题,并针对实际测量中时效性和高精度要求,提出了基于快速搜索粒子群算法的点衍射干涉绝对位移测量方法。点衍射干涉绝对位移测量系统根据点衍射干涉场相位差的分布重... 详细信息

为了解决目前点衍射绝对位移测量系统中位移重构算法存在的收敛率低问题,并针对实际测量中时效性和高精度要求,提出了基于快速搜索粒子群算法的点衍射干涉绝对位移测量方法。点衍射干涉绝对位移测量系统根据点衍射干涉场相位差的分布重构出点衍射探头的三维绝对位移。所提出的快速搜索粒子群算法针对测量中大量像素点数据的高效处理需要,在三维绝对位移迭代重构过程中采取非线性增加样本点数量的搜索方法,进而在保证测量精度的同时极大提高了测量效率。分别进行了仿真分析、测量实验以及三坐标机测量比对以检验所提出测量方法的可行性与稳定性。结果表明,该方法可实现三维绝对位移的快速检测,其收敛率可达90%,且在200 mm×200 mm×300 mm的测量区域中达到优于微米量级测量精度。所提出的三维绝对位移测量方法具有较高的测量效率和精度,且具备高抗噪能力和可靠性,对其在微加工技术和高精度测量中的应用具有重要意义。

关键词：测量绝对位移点衍射干涉快速搜索粒子群算法

点衍射波前无镜头干涉测量中横向偏移误差校正方法

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光学学报 2016年第8期36卷 158-165页

作者：徐杨波王道档王志超刘维孔明赵军朱保华中国计量大学计量测试工程学院浙江杭州310018 桂林电子科技大学广西自动检测技术与仪器重点实验室广西桂林541004 广西高校光电信息处理重点实验室广西桂林541004

为了最大程度减少误差环节,点衍射球面波前精度的干涉测量中通常采用无镜头测量方式。点衍射干涉波前在大数值孔径与大横向偏移量情况下存在的结构误差将严重影响测量精度,且无法利用传统方法加以校正。针对该问题,提出了一种基于三坐... 详细信息

为了最大程度减少误差环节,点衍射球面波前精度的干涉测量中通常采用无镜头测量方式。点衍射干涉波前在大数值孔径与大横向偏移量情况下存在的结构误差将严重影响测量精度,且无法利用传统方法加以校正。针对该问题,提出了一种基于三坐标重构以及对称偏移补偿的点衍射干涉波前测量中结构误差的高精度校正方法,以实现对大数值孔径及大横向偏移点衍射球面波前无镜头成像测量中的结构误差校正。该方法首先采用三坐标重构方法对系统误差进行预校正,再针对干涉中点源横向偏移引入误差存在的对称性,采用对称横向偏移补偿对由三坐标重构误差而引入的残余结构误差进一步校正。分别进行了数值仿真和测量实验对所提出方法的可行性进行了验证。结果表明,该方法达到了λ/10000的校正精度,对于点衍射球面波前高精度测量标定以及非镜头成像干涉检测中结构误差的高精度校正具有重要的应用意义。

关键词：测量点衍射波前结构误差无镜头成像

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压电移相器的空间旋转误差建模与实验分析

光电子．激光 2009年第5期20卷 571-575页

作者：王道档杨甬英刘东田超骆永洁卓永模浙江大学现代光学仪器国家重点实验室浙江杭州310027

通过对压电移相器在微位移过程中端面旋转的数学建模,对其空间旋转误差进行了理论分析;基于该数学模型,利用泰曼-格林干涉系统对两种不同工艺制作的移相器进行了在线检测,根据干涉条纹的旋转及间距变化,可以定量分析高精度移相器在微位... 详细信息

通过对压电移相器在微位移过程中端面旋转的数学建模,对其空间旋转误差进行了理论分析;基于该数学模型,利用泰曼-格林干涉系统对两种不同工艺制作的移相器进行了在线检测,根据干涉条纹的旋转及间距变化,可以定量分析高精度移相器在微位移移相过程中其端面的旋转角度以及空间任意点的位移误差,并给出了相关实验结果。表明:用该方法在线检测各种不同工艺制作的移相器,对其端面上任意点由于端面旋转引起的空间位移误差检测灵敏度达到pm量级,在0～100V驱动电压范围内进行在线移相检测,实验测量移相器的位移精度优于λ/200,对应相移精度高于0.06rad。

关键词：移相器误差分析数学建模泰曼-格林干涉系统测量精度

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基片位置对激光会聚铬原子沉积的影响

光学学报 2014年第8期34卷 53-59页

作者：张宝武张文涛王道档余桂英中国计量学院计量测试工程学院浙江杭州310018 广西自动检测技术与仪器重点实验室(桂林电子科技大学) 广西桂林541004

为了研究基片位置对激光会聚铬原子沉积的影响,基于原子的粒子运动,采用数值计算对基片切割会聚激光场不同部位时高斯激光驻波场光学势阱、原子运动轨迹和沉积条纹进行了仿真。研究结果充分显示了基片位置对上述三方面的影响。虽然基片... 详细信息

为了研究基片位置对激光会聚铬原子沉积的影响,基于原子的粒子运动,采用数值计算对基片切割会聚激光场不同部位时高斯激光驻波场光学势阱、原子运动轨迹和沉积条纹进行了仿真。研究结果充分显示了基片位置对上述三方面的影响。虽然基片会对激光产生衍射,但是无论衍射存在与否,沉积条纹半峰全宽的最小值和中心峰值的最大值都出现在基片表面和激光中轴线重合的位置。此时,衍射将使条纹中心峰值降为非衍射时的0.96倍,同时,半峰全宽增加至非衍射时的1.03倍。另外,仿真结果显示,不管是否考虑衍射,垂直于激光中轴线方向(y方向)上沉积条纹的中心峰值随y值的增加呈现单调减小的趋势,而条纹半峰全宽随y值的增加呈现单调递增的趋势。

关键词：衍射激光会聚光学势阱铬原子

基于模板匹配算法的压电微位移器位移量原位测量技术

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仪器仪表学报 2010年第3期31卷 530-535页

作者：王道档杨甬英骆永洁刘东卓永模浙江大学现代光学仪器国家重点实验室杭州310027

针对压电微位移器的位移量高精度测量需要,基于模板匹配算法提出了一种新颖的位移量原位测量方法。利用改进型的Twyman-Green干涉系统对压电微位移器的电压——位移特性曲线进行原位测量,根据模板匹配算法实时计算干涉条纹的移动量,进... 详细信息

针对压电微位移器的位移量高精度测量需要,基于模板匹配算法提出了一种新颖的位移量原位测量方法。利用改进型的Twyman-Green干涉系统对压电微位移器的电压——位移特性曲线进行原位测量,根据模板匹配算法实时计算干涉条纹的移动量,进而得到对应的压电微位移量,并对相关实验测量结果进行了分析与验证。结果表明,该测量技术具有较高的测量效率以及较好的随机噪声抑制能力,其测量精度和分辨率均可达到纳米量级。该方法属于非接触式测量,具有较高的可靠性,在微位移的高精度原位自动测量中具有较好的实用性。

关键词：微位移测量模板匹配泰曼——格林干涉系统原位测量