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迈克尔逊干涉仪在相位相干成像测量系统中的应用

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红外与激光工程 2022年第11期51卷 298-305页

作者：沙金巧杨俊义范君柳王军苏州科技大学物理科学与技术学院江苏苏州215009 苏州大学物理科学与技术学院江苏苏州215006

传统4f相位相干成像测量技术中,利用相位物体使测量材料产生的相位变化转换为可直接观察的振幅变化,实现材料光学非线性折射率的测量。然而相位物体的厚度是固定不变的,相位延迟会随激光波长的改变而改变,测量中需要更换合适的相位物体... 详细信息

传统4f相位相干成像测量技术中,利用相位物体使测量材料产生的相位变化转换为可直接观察的振幅变化,实现材料光学非线性折射率的测量。然而相位物体的厚度是固定不变的,相位延迟会随激光波长的改变而改变,测量中需要更换合适的相位物体。理论分析了不同激光波长对相位物体相移大小的影响,详细讨论了不同形状光束下相位物体的半径和相移的大小对4f相位相干成像系统灵敏度的影响。利用了迈克尔逊干涉仪中两束光的相位延迟替代传统相位物体的功能,实现了一种相位可调的相位物体。因为迈克尔逊干涉仪两束光的相位延迟连续可调,使得在不同形状光束及不同波长激光下的测量灵敏度达到最优。该方法进一步完善了4f相位相干成像测量技术,不仅解决了传统相位物体的不足,而且提高了系统测量的精度。

关键词：迈克尔逊干涉仪相位物体激光折射率近平顶光束

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“相位驻波”法测量液体的表面张力系数

物理学报 2022年第22期71卷 242-248页

作者：沙金巧虞一青杨俊义范君柳苏州科技大学物理科学与技术学院苏州215009 苏州大学物理科学与技术学院苏州215006

液体表面张力系数测量技术中,非接触法测量具有快速、无损和简单实用等优点.本文设计了一种非接触式测量透明液体表面张力系数的新方法,发现了一种特殊的“自干涉”现象,并提出“相位驻波”理论解释了该现象产生的原因.通过一个频率可... 详细信息

液体表面张力系数测量技术中,非接触法测量具有快速、无损和简单实用等优点.本文设计了一种非接触式测量透明液体表面张力系数的新方法,发现了一种特殊的“自干涉”现象,并提出“相位驻波”理论解释了该现象产生的原因.通过一个频率可调的振动源激发液体表面波,利用普通光源或激光光源斜入射至液面,经过液面下方的漫反射面反射后,光波携带第一次表面波相位信息与表面波再次相遇,使两次相位余弦波产生了驻波形式的相位分布,从而在远场观察到明暗相间且非常稳定的“自干涉”条纹.通过对图像分析处理,实现条纹间距的自动测量,根据表面波的色散关系,自动准确地获得液体的表面张力系数,该方法可广泛应用于液体表面张力系数的精确测量.

关键词：自干涉相位驻波表面张力系数

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稳定X轴的刀具圆弧Z向补偿差值迭代法

光学精密工程 2022年第5期30卷 594-601页

作者：陈宝华吴泉英唐运海范君柳孙毅沈栋慧苏州科技大学物理科学与技术学院江苏苏州215009 江苏省研究生工作站苏州苏大明世光学股份有限公司江苏苏州215028 江苏省研究生工作站苏州德创测控科技有限公司江苏苏州215009

为了改进自由曲面刀具路径规划中刀具圆弧Z向补偿的计算方法,降低车床克服X轴惯性带来的跟踪误差,提高切削速度和效率,基于超精密车削下的慢刀伺服技术提出一种差值迭代法。以理想刀位点极径和由给定刀触点计算出的实际刀位点极径作差... 详细信息

为了改进自由曲面刀具路径规划中刀具圆弧Z向补偿的计算方法,降低车床克服X轴惯性带来的跟踪误差,提高切削速度和效率,基于超精密车削下的慢刀伺服技术提出一种差值迭代法。以理想刀位点极径和由给定刀触点计算出的实际刀位点极径作差值运算,判断差值是否小于车床导轨分辨率,若低于分辨率,则输出刀位点;若超过,将差值补偿给初始刀触点重新计算补偿刀位点,再与理想极径作差值,此为一次迭代,通过多次迭代,即可完成最终刀位点输出。通过实验分析证明:三次迭代后的刀位点极径即可满足阿基米德螺线渐变,车床X轴稳定进给,同时对Z轴的补偿量较少,加工精度达PV0.226λ@632.8 nm。该差值迭代法无需复杂的方程组求解和曲面拟合,可操作性好,加工精度和效率高。

关键词：光学加工自由曲面稳定X轴 Z向补偿差值迭代

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基于双泽尼克多项式的多视场稀疏孔径成像

光学学报 2023年第10期43卷 79-88页

作者：范君柳吴泉英陈宝华陈磊王军王森淼陈晓翌南京理工大学电子工程与光电技术学院江苏南京210094 苏州科技大学物理科学与技术学院江苏苏州215009 江苏省研究生工作站苏州苏大明世光学股份有限公司江苏苏州215028 江苏省研究生工作站苏州一光仪器有限公司江苏苏州215006 苏州明世光学科技有限公司江苏苏州215028

基于双泽尼克多项式推导稀疏孔径光学系统与视场相关的广义光瞳函数,以Golay3稀疏孔径成像系统为例,通过ZEMAX软件进行光学设计和数据拟合获得广义光瞳函数的双泽尼克多项式系数,根据傅里叶变换关系计算得到稀疏孔径光学系统的调制传递... 详细信息

基于双泽尼克多项式推导稀疏孔径光学系统与视场相关的广义光瞳函数,以Golay3稀疏孔径成像系统为例,通过ZEMAX软件进行光学设计和数据拟合获得广义光瞳函数的双泽尼克多项式系数,根据傅里叶变换关系计算得到稀疏孔径光学系统的调制传递函数(MTF),并针对不同视场稀疏孔径光学系统进行成像模拟和图像复原。结果表明,调制传递函数的理论计算结果与ZEMAX设计结果一致,利用双泽尼克多项式可以表示不同视场稀疏孔径光学系统的成像特性。构建与视场相关的维纳滤波器进行图像复原,可有效提高不同视场稀疏孔径光学系统的成像质量。

关键词：成像系统稀疏孔径双泽尼克多项式视场维纳滤波器

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产生环形激光的光学系统设计

中国光学(中英文) 2023年第6期16卷 1365-1375页

作者：陈宝华吴泉英唐运海范君柳陈晓翌余浩墨孙毅苏州科技大学物理科学与技术学院江苏省微纳热流技术与能源应用重点实验室江苏苏州215009 苏州明世光学科技有限公司江苏苏州215127 江苏省研究生工作站苏州苏大明世光学股份有限公司江苏苏州215127

为了产生半径可自由调控的聚焦环形激光且确保离焦后光束强度仍均匀,本文提出一种透射-反射式组合的环形光光学系统设计方法。对于透射式系统,基于等能量分割原理,建立入射光与出射光投射高度的映射函数,优化透镜的各项参数,将入射的高... 详细信息

为了产生半径可自由调控的聚焦环形激光且确保离焦后光束强度仍均匀,本文提出一种透射-反射式组合的环形光光学系统设计方法。对于透射式系统,基于等能量分割原理,建立入射光与出射光投射高度的映射函数,优化透镜的各项参数,将入射的高斯光先整形成平顶圆形光,实现光束强度均匀化。反射式系统通过调整焦面环形光直径调控范围、工作距离等参数,结合几何光线追迹原理,计算圆锥反射镜、抛物柱面镜及动镜的各项参数,将平顶圆形光再整形成环形光。实验结果表明:当动镜半顶角为16°时,所设计系统能够实现聚焦环形光半径在15~30 mm范围的自由调控,尺寸误差不超过0.05 mm,离焦后强度均匀度达到84%。该设计方法无需更换系统镜片即可兼顾强度均匀性和尺寸自由度,可操作性好,产生的环形光加工精度和效率更高。

关键词：光学系统环形激光半径调控离焦均匀

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共相位望远镜阵列的光束耦合问题研究

中国激光 2012年第6期39卷 234-239页

作者：王福亮吴泉英范君柳沈婷婷钱霖苏州科技学院数理学院江苏苏州215009 苏州大学信息光学工程研究所江苏苏州215006 苏州大学物理科学与技术学院江苏苏州215006

研究了共相位望远镜阵列的两种重要光束耦合误差——光瞳面平移(piston)误差和光瞳面倾斜(tilt)误差。设piston误差和tilt误差都服从均值为零但标准差待定的正态分布,根据中心点亮度判据,通过迭代方法计算了piston误差和tilt误差所允许... 详细信息

研究了共相位望远镜阵列的两种重要光束耦合误差——光瞳面平移(piston)误差和光瞳面倾斜(tilt)误差。设piston误差和tilt误差都服从均值为零但标准差待定的正态分布,根据中心点亮度判据,通过迭代方法计算了piston误差和tilt误差所允许的最大标准差,揭示了这两类光束耦合误差所允许的最大标准差与子望远镜个数和遮光比的关系。Piston误差所允许的最大标准差与子望远镜的遮光比无关,但随着子望远镜个数不断增加,在0.11λ～0.08λ范围内缓慢减小。Tilt误差所允许的的最大标准差在子望远镜出瞳大小已知的情况下,随遮光比不断增加而逐渐减小,而与子望远镜个数无明显的相关性。

关键词：傅里叶光学稀疏孔径光束耦合误差概率统计共相位望远镜阵列

液晶光阀的相位调制特性的研究及其在波面实时转换系统中的应用

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液晶光阀的相位调制特性的研究及其在波面实时转换系统中的应用

作者：范君柳苏州大学

学位级别：硕士

在激光的实际应用中,根据不同的要求,人们常常需要将激光束波面进行转换,以达到改变激光束强度分布的目的。例如,在激光加工、热处理以及惯性约束核聚变(ICF)中往往需要使用形状各异甚至大小可变的激光光斑,因此,激光波面转换技术有着... 详细信息

在激光的实际应用中,根据不同的要求,人们常常需要将激光束波面进行转换,以达到改变激光束强度分布的目的。例如,在激光加工、热处理以及惯性约束核聚变(ICF)中往往需要使用形状各异甚至大小可变的激光光斑,因此,激光波面转换技术有着广阔的应用前景,而使用传统的二元光学浮雕纯相位器件虽然能改变波面,但工序复杂,制造成本比较高,本文尝试进行一种简单而且成本低,基于TFT—LCD相位调制的波面实时转换系统的研究。论文介绍了波面转换技术的产生、发展以及该技术的研究现状;分析了液晶的光学特性和电光特性,研究了TFT-LCD的结构与工作原理并且详细分析了目前比较通用的用于光束波面转换的两种理论算法。通过理论推导了TFT-LCD的相位与振幅调制特性,并用双缝干涉方法测量了TFT-LCD的相位调制特性以及参数特性,并对该相位调制特性进行曲线拟合,得到了TFT-LCD在相位调制模式下相位与灰度的对应关系;利用TFT-LCD作为相位调制器获得中空光束。在论文的第四章构建了基于TFT-LCD相位调制的波面实时转换系统,将高斯光转换为正方框形光束。首先结合几何理论推导出相应二元光学器件表面的相位分布,将此相位分布转换为灰度分布显示在TFT-LCD上,通过实验得到了和预期结果基本一致的衍射图,文中对几何光学进行了计算模拟;论文还结合标量理论用该系统将高斯光转换为具有三角形和椭圆强度分布的光束,文中通过G-S算法设计相应二元光学器件的表面相位分布,通过灰度和相位的转换关系,在TFT-LCD上实时显示相对应的灰度图,得到了和预期结果基本一致的衍射图,同时对G-S算法也进行了计算模拟。文章对上述两种理论的实验结果进行了讨论和比较,分析二者之间的区别并且指出了误差的根源以及误差对实验结果的影响,具有一定的参考意义。

关键词：二元光学波面转换 TFT-LCD 相位调制液晶光阀

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利用菲涅尔波带片测量LC-SLM相位特性

激光杂志 2012年第6期33卷 18-19页

作者：朱爱敏范君柳苏州科技学院数理学院江苏苏州215009

提出一种测量液晶空间光调制器相位特性的新方法。在液晶空间光调制器上实时显示具有特定尺寸的菲涅尔波带片,改变相邻环带的相对灰度值,通过测量波带片后主焦点光强的分布,从而得到相移量和灰度(驱动电压)之间的关系。该方法考虑到大... 详细信息

提出一种测量液晶空间光调制器相位特性的新方法。在液晶空间光调制器上实时显示具有特定尺寸的菲涅尔波带片,改变相邻环带的相对灰度值,通过测量波带片后主焦点光强的分布,从而得到相移量和灰度(驱动电压)之间的关系。该方法考虑到大多数液晶空间光调制器存在相位和振幅耦合调制,无法实现纯相位调制的问题,通过引入修正因子消除了耦合调制对相位特性测量的干扰。实验证明在特定灰度范围内,液晶空间光调制器的相位特性具有良好的线性特点。

关键词：液晶空间光调制器相位调制菲涅尔波带片耦合调制

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对称式人眼安全激光测距仪光学系统的设计

激光与光电子学进展 2013年第6期50卷 119-124页

作者：柳丽群吴泉英范君柳徐文苏州科技学院数理学院江苏苏州215009 苏州大学信息光学工程研究所江苏苏州215006 苏州亿帝电子科技有限公司江苏苏州215006

给出1.57μm人眼安全激光测距仪的光学设计方法,根据薄透镜系统的初级像差理论,使用PW法确定测距仪光学系统的初始结构,进而利用Zemax软件设计出一种对称式测距光学系统并对其进行优化。该光学系统结构简单,加工组装方便,成本低,且能满... 详细信息

给出1.57μm人眼安全激光测距仪的光学设计方法,根据薄透镜系统的初级像差理论,使用PW法确定测距仪光学系统的初始结构,进而利用Zemax软件设计出一种对称式测距光学系统并对其进行优化。该光学系统结构简单,加工组装方便,成本低,且能满足测距仪对其光学系统的发射部分和接收部分的性能要求。

关键词：光学设计人眼安全激光测距仪 PW法对称式光学系统