双通道偏振点衍射干涉仪及其关键技术研究

论文摘要

点衍射干涉术因为具备高精度、高分辨率、可以瞬态测量的优点,成为波前检测的一种重要手段,在强激光、天文光学、生物医学等领域有着广泛的应用。传统的针孔型共路点衍射干涉仪由于其完全共光路结构,难以在光路中引入相移,限制了其在动态干涉领域的发展。现有的相移式点衍射干涉仪,虽然实现了动态检测,却存在着点衍射板加工困难、仅适用于特定条件等问题。本文设计了一种双通道偏振点衍射干涉检测方案,通过位相光栅与偏振相机实现偏振移相,可以实现对待测波前的动态检测。提出了双通道偏振点衍射干涉法检测方案。通过一维位相光栅实现待测光波的分光合束,分别对参考光与测试光进行偏振调制,采用偏振相机实现相干光束的空间分光与偏振移相,完成针对待测波前的动态测量。使用琼斯矢量表示法研究了方案的移相干涉原理,并通过移相算法解算待测波前。研究了双通道偏振点衍射干涉仪中的各项关键技术。通过标量衍射理论建立了双光栅衍射模型,优化光栅设计中的各项参数,从而合理分配各级衍射光的光强;研究了光栅在+1光中引入像散的成因,提出了参考波前预矫正方法,矫正后+1级衍射光的PV值为0.276λ,RMS值为0.044λ,成功对+1级衍射光中的像散进行矫正,提高了参考波前质量的同时,也降低了针孔衍射导致的光能损失;设计了集成度较高的偏振针孔板,能够同时实现针孔滤波与波前的偏振调制,获得衍射参考波前PV值为0.087λ,RMS为0.013λ,满足高精度测量要求;检测了双通道偏振点衍射干涉仪的精度,与SID-4波前探测器的检测结果进行对比,PV检测精度优于λ/10,RMS检测精度优于λ/70,验证了本文提出的双通道偏振点衍射干涉仪方案可行,可以实现对波前的高精度检测。研究了干涉仪系统中由分光光栅与合束光栅引入的误差,计算推导了发散光束经过λ/4片时引入的位相延迟量误差,对误差量进行标定。利用激光测风雷达对双通道偏振点衍射干涉仪的动态测试性能进行研究。搭建了检测系统,成功模拟出大气湍流、风向等因素在激光测风雷达光学系统中引入的像差。获得了空气扰动在激光测风雷达系统中引入的像差,引入的波前偏差量在0.08λ0.25λ之间,为未来激光测风雷达系统的设计提供了参考。干涉仪系统能够实时反映空气扰动对系统波前的影响,验证了双通道偏振点衍射干涉仪具有较好的动态测试性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 针孔型点衍射干涉仪
•     1.2.2 光纤型点衍射干涉仪
•     1.2.3 反射式点衍射干涉仪
•   1.3 课题来源和研究内容
•     1.3.1 课题来源
•     1.3.2 论文研究内容
• 2 双通道偏振点衍射干涉测量原理
•   2.1 点衍射干涉术基本原理
•   2.2 双通道偏振点衍射干涉检测系统
•   2.3 双通道偏振移相原理
•   2.4 本章小结
• 3 双通道偏振点衍射干涉仪实验系统及其关键技术研究
•   3.1 双光栅衍射模型
•   3.2 参考波前预矫正方法
•     3.2.1 波前评价--斯特列尔比与Marechal判据
•     3.2.2 使用球面透镜矫正像散
•     3.2.3 使用柱透镜矫正像散
•   3.3 偏振针孔板设计
•   3.4 双通道偏振点衍射干涉仪实验系统精度检测
•   3.5 本章小结
• 4 双通道偏振点衍射干涉仪误差分析
•   4.1 分光光栅引入的误差
•   4.2 合束光栅引入的误差
•   4.3 相干光束在Λ/4 片中引入的位相延迟量误差
•   4.4 本章小结
• 5 基于激光测风雷达的点衍射干涉仪动态测试性能研究
•   5.1 激光测风雷达系统构造与工作原理
•   5.2 点衍射干涉仪动态测试性能检测实验
•     5.2.1 实验系统设计
•     5.2.2 实验检测结果
•   5.3 本章小结
• 6 总结与展望
•   6.1 本文的主要工作
•   6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘一鸣

导师: 陈磊,李金鹏

关键词: 光学测量,点衍射干涉仪,双通道,偏振移相

来源: 南京理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 南京理工大学

基金: 江苏省基础研究计划青年基金项目“双通道偏振点衍射干涉动态波前测试技术”(项目编号 BK20160154)

分类号: O436

DOI: 10.27241/d.cnki.gnjgu.2019.000281

总页数: 80

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