雙波長(zhǎng)數(shù)字全息干涉及其在光學(xué)測(cè)量中的應(yīng)用研究.pdf

1、光學(xué)干涉測(cè)量技術(shù)是光學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，具有高精度、高分辨率和非接觸無(wú)損傷等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字全息技術(shù)可定量再現(xiàn)三維物光波的相位信息，在成像與檢測(cè)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，是近年來(lái)現(xiàn)代光學(xué)中備受人們關(guān)注的研究領(lǐng)域之一。將數(shù)字全息與光學(xué)干涉測(cè)量技術(shù)結(jié)合可以充分發(fā)揮二者的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。本文根據(jù)數(shù)字全息及光學(xué)干涉測(cè)量的特點(diǎn)以及數(shù)字全息干涉近年來(lái)在光學(xué)測(cè)量方面的研究進(jìn)展，開(kāi)展了雙波長(zhǎng)數(shù)字全息干涉及其在光學(xué)元件表面面形與光學(xué)非均勻性測(cè)量方面的研究。主要工作

2、包括:
　　 一、介紹了數(shù)字全息的記錄與再現(xiàn)過(guò)程、再現(xiàn)算法;分離軸數(shù)字全息和同軸數(shù)字全息兩種情況;介紹了從全息圖（干涉圖）中提取物光波波前相位分布的方法及相位解包方法。
　　 二、討論了雙波長(zhǎng)數(shù)字全息干涉的等效波長(zhǎng)及在等效波長(zhǎng)范圍內(nèi)避免相位解包的原理和實(shí)現(xiàn)方法，給出了采用雙波長(zhǎng)數(shù)字全息干涉測(cè)量光學(xué)元件表面面形的原理，并進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)和光學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。研究結(jié)果表明，對(duì)于表面面形引起的波前程差小于等效波長(zhǎng)的情況，雙波長(zhǎng)數(shù)

3、字全息干涉可以直接克服2π相位的不確定性，無(wú)需相位解包;對(duì)于表面面形引起的波前程差大于等效波長(zhǎng)的情況，可以先得到等效波長(zhǎng)下的相位分布，然后再對(duì)等效波長(zhǎng)下的相位分布進(jìn)行相位解包，這樣可以簡(jiǎn)化相位解包過(guò)程、提高相位解包算法抗噪聲干擾的能力、擴(kuò)展相位解包算法的適用范圍。該研究證明了采用雙波長(zhǎng)數(shù)字全息干涉測(cè)量光學(xué)元件表面面形的可行性和優(yōu)點(diǎn)。
　　 三、從經(jīng)典色散理論出發(fā)，首次推導(dǎo)了光學(xué)非均勻性與光波長(zhǎng)之間的關(guān)系，得出在一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)不同

4、波長(zhǎng)條件的光學(xué)非均勻性近似相等的重要結(jié)論。基于上述結(jié)論，針對(duì)現(xiàn)有光學(xué)非均勻性測(cè)量方法的不足，首次提出了基于雙波長(zhǎng)數(shù)字全息干涉測(cè)量光學(xué)非均勻性的新方法。根據(jù)材料的色散特性并結(jié)合相移數(shù)字全息干涉的原理，給出了采用雙波長(zhǎng)數(shù)字全息干涉測(cè)量光學(xué)非均勻性的原理和實(shí)現(xiàn)方法，并進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)和光學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。研究結(jié)果證明了所提出的原理與方法的可行性與正確性。該方法具有如下優(yōu)點(diǎn):測(cè)量原理本身具有系統(tǒng)光路波前畸變自動(dòng)補(bǔ)償功能，測(cè)量過(guò)程無(wú)需調(diào)節(jié)待測(cè)樣品，