摘要波长移相干涉仪可应用于大口径光学元件的检测。本文研究了基于一维时域傅立叶变换的方法，实现了对波长移相干涉仪的移相标定，从而解决了在不同干涉腔长下进行测试时，移相量需控制为一个特定值的问题。建立了中心波长为632.8nm的波长移相干涉仪，并进行实际测试。测试结果与ZYGO干涉仪的测试结果进行了比较，结果表明，在干涉腔长小于2m的情况下，测试精度为 ，实现了波长移相干涉仪相位实时标定和测量的功能。63719

毕业论文关键词  光学测量 时域傅立叶变换 波长移相干涉 移相量标定

毕业设计说明书（论文）外文摘要

Title    Wavelength-tuned  Phase-shifting  Calibration Based  on the Fourier Transform in Time Domain                                               

Abstract The phase-shifting interferometer with wavelength tuning is applied to test optical elements with a large aperture. A method based on the one-dimensional Fourier transform in time domain to calibrate the phase shift in wavelength-tuned phase-shifting interferometer is presented. It solves the problem that how to control the phase-shifting step to a certain value in spite of the interferometric cavity lengths. The calibrated program is written and the wavelength-tuned phase-shifting interferometer using a tunable laser with the central wavelength 632.8nm is established. After some experiments, the results are compared with the results tested by the ZYGO interferometer. It proved that when the cavity length is less than 2m, the testing precision is . The function to calibrate and test in real time is realized.

Key Words: optical testing; Fourier transform in time domain; wavelength-tuned phase-shifting interferometry; phase shift calibrate 

1  绪论 1

1．1  论文的研究背景及意义 1

1．2  论文的主要内容 2

2  移相干涉术 3

2.1  移相干涉术的基本原理 3

2.2  实现移相的方法 4

2.7  移相算法 6

2.8  本章小结 10

3  基于时域傅立叶变换的波长移相量的标定 11

3.1  波长移相干涉仪工作原理 11

3.2  基于一维时域傅立叶变换的的相位标定方法 12

3.3  实验过程及结果 13

3.4  讨论 17

3.5  结论 18

结  论 19

致  谢 20

参考文献 21

1 绪论

    1974年贝尔实验室的J. H. Bruning等人提出移相干涉测量技术[1]。世纪更迭，随着光学、数学、计算机等学科相关领域的蓬勃发展，移相干涉测量技术问世之初出的各项技术瓶颈均有突破。今天，移相干涉测量技术已经迅速成为非接触、多参数、高精度、高空间分辨率、实时快速、自动化的测量手段，广泛应用于各种光学元件的多种参数的测试计量中。

1．1  论文的研究背景及意义

传统的移相干涉测量技术(Phase shifting interferometry)均属于硬件移相术，它是通过特定的硬件手段，有规则地多次改变参考波前与测试波前的相位差，使干涉条纹按照预定的模式移动，采集到多幅移相干涉图，再根据相应的算法，计算出被测相位。其实现主要方法有:压电陶瓷(PZT)驱动参考镜平移移相、旋转偏振器件波片、偏振片移相、平移散射光栅移相等，而其中以PZT移相技术发展最为成熟，应用最为广泛。PZT移相技术是通过对压电陶瓷(PZT)施加电压使其有规律地推动参考镜以获得规则移动的干涉条纹的移相技术。PZT作为微位移驱动器，压电晶体与相应的机械固定和导向装置组成移相器。移相器和它的驱动电源、论文网控制信号源、标准参考镜一起构成了干涉仪的移相系统。干涉仪在测量时，移相系统在计算机的控制下，逐步驱动标准参考镜作等间隔平移，实现移相调制。然而，在实际应用中仍存在以下问题:(1)大尺寸系统(孔径超过600mm)的测量，对于PZT组件有更高的精度要求，实现起来也较为困难。(2)通常情况下移相干涉仪的光源是激光器。在测量平行平板时，激光较长的相干长度这个时候由干涉计量的优势转为劣势。测量时，即使平行平板的平行度很好，它会在产生测量需要的干涉条纹的同时产生寄生于信号的干扰。为了除去寄生信号，必须在非测量面上涂抹凡士林，这样做既不方便又会引入新的误差，导致测量结果的错误，对于快速测量以及测量微晶玻璃面板尤为如此。近十年来，现代移相干涉测量技术中波长移相干涉测量技术异军突起。不同于传统的硬件移相方法，波长移相干涉测量技术通过改变激光光源(一般为可调谐半导体激光器)的波长改变两束干涉光的光程差，从而实现移相，在移相过程中不需要移动任何大的部件。这就把针对大口径光学元件测量的移相干涉测量技术从使用压电陶瓷(PZT)推动笨重的大口径光学元件进而改变其面形的思路中解放出来。该方法自上世纪九十年代提出以来，经过长期的研究探索，随着以可调谐半导体激光器为代表的核心部件技术的日渐成熟，目前己逐步应用到大口径移相干涉仪中，近年在ZYGO大口径干涉仪中波长移相干涉测量技术就得到了应用。美国ZYGO公司推出了大孔径的YeriFire MST 波长移相干涉仪[2]，用于大尺寸光学件的检测，澳大利亚CSIRO(联邦科学与工业研究组织)也己经制成了300mm孔径的斐索型移相干涉仪，对一般光学表面误差的测量，短期内的测量重复误差可达到0.3nm[3]。波长移相干涉测量技术的主要优点是: