剪切干涉与点衍射干涉方法技巧.ppt

光纤点衍射技术的提出 理论分析表明:如果孔直径是4λ， 衍射波前在数值孔径NA=0.1时， 对理想球面的偏离小于λ/100000。　　　　　 不容易实现移相 针孔的对反射波有影响 条纹对比度差 点衍射的技术飞跃-〉光纤点衍射技术 近年来，随着光纤制造工艺以及耦合技术的发展，为点衍射干涉测量技术提供了新的途径。当前单模光纤的芯径已经达到2μm以下，可代替针孔衍射产生高质量的参考球面波。 新型光纤点衍射干涉仪采用单模光纤，其优势主要体现在以下几点： （1）能实现高精度移相测量，没有小孔带来的局限，适于球面面形的检测。 （2）干涉图质量高，可方便调整两束光的强度，达到最佳条纹对比度。 （3）单模光纤中只能传输一个模式（基模）的光，衍射波前质量高； （4）使发热的光源能与热敏光学元件隔离，减少了噪声，提高信噪比； 第二章 光纤移相点衍射干涉装置的方案 单光纤方案 光纤移相点衍射干涉装置的研究方案 光纤端面的衍射及反射波前 实 验 系 统 PZT 分 光 系 统 激 光 光 源 监视器 Windows XP 操作环境 相位提取 被检球面 硬 件 图像采集卡 计 算 机 解包裹 Zernike拟合 硬件通信控制 结果:面形误差、PV、RMS、Zernike系数和三维图等 软 件 光 纤 耦 合 单 模 光 纤 CCD 光纤点衍射移相干涉干涉整体方案图 第三章 光纤点衍射光路的数学模型与分析 2.1 弱导单模光纤中传输模式的特性及场分布 2.2 光纤点衍射的数学模型与分析 2.3 光纤点衍射波前精度的影响因素及数值分析 2.1 弱导单模光纤中传输模式的特性及场分布 对于弱导光纤，n1和n2相差千分之一左右，可见传输模的场几乎没有纵向分量。也就是说，它的传播方向与光纤轴线几乎平行，因此弱导光纤中的E和H几乎与光纤轴线垂直。 众所周知，平面波的传播方向与平面波的E和H平面是垂直的，所以这种光导波可视为平面波。 单模光纤( )中的各场分量方程式 其中， 传输模式的场分布 U一定时，纤芯内光场呈零阶贝塞尔函数分布。 已知U和W的值，就可通过数值计算求出单模光纤中的光场分布。 2.2光纤点衍射的数学模型与分析2.2.1 点衍射的严格矢量描述 衍射场矢量形式可表示为 写成分量的形式 2.2.2标量衍射理论的适用范围 a=1μm，R=2m，观察面上沿x轴的球面偏差及标量的计算误差 a=2μm，R=2m，观察面上沿x轴的球面偏差及标量的计算误差 （2）随小孔直径的减小，标量理论的计算误差会随之增大。在小孔直径为1μm时，标量理论的计算结果仍在允许误差范围之内。 （3）随观察距离的减小，标量理论对点衍射波前的球面偏差的计算误差会稍微增大。本文利用的是衍射场的远场，在标量理论的适用范围之内。 a=1μm, 不同R时, 标量理论对球面偏差的计算误差 由上面的分析，可得到以下结论： （1）随点衍射数值孔径的增大，标量理论相对于矢量理论的计算误差会增大。但是，在点衍射所用的数值孔径范围内，标量理论的计算误差可忽略。 2.3 光纤点衍射的数学模型与分析 参数确定 光纤端面衍射场示意图 为了便于分析光纤点衍射波前的球面偏差，计算结果采用球面坐标来表示： 2.4 光纤点衍射波前精度的影响因素及数值分析 不同芯径光纤衍射波前的球面 不同芯径光纤衍射场的归一化光强分布 光纤的芯径大小对衍射波前的影响 光纤芯径增大，衍射球面波前的精度会很快降低，衍射光强的分布也更集中，可利用的衍射孔径减小，实际中要综合球面偏差和光强分布两种指标确定测量范围。 光纤端口纤芯的形状的影响 分析了光纤端面纤芯形状的影响，球面偏差随着角度的变化会有所差异。而且椭圆形纤芯的压缩系数越大，对衍射球面偏差的影响越小；在压缩系数达0.9时，影响已经很小，在容许范围之内。 纤芯的μ对球面偏差的影响 光纤端面衍射场坐标 在光纤端面倾斜时，球面偏差的最低点也会倾斜，实际上是衍射波前的光轴方向随倾斜角度发生改变，与端面倾斜角度成正比，但球面偏差在整体上并没有显著降低。 光纤端面的倾斜对衍射波前的影响 光纤端面倾斜时衍射情况 光纤端面倾斜不同角度时球面偏差 分别计算了面形误差为λ/10、λ/5时球面偏差。面形误差越大，球面偏差也越大。但是两种面形误差下，所产生的附加误差均在10-9λ量级，这对于衍射波前的球面偏差指标是容许的。 光纤端面面形精度的影响 不同面形精度时的球面偏差 不同面形精度产生的附加误差 本