波长调谐随机移相算法的研究
摘要波长移相干涉仪可用于大口径光学元件的测试。其移相量需经过标定方可采用定步长移相算法计算相位分布。在长腔长测试条件下，由于激光器的波长调谐控制电源的精度有限，以及环境振动、气流扰动等的影响，采用定步长移相算法求解相位分布的精度不高。在随机移相算法的基础上，提出了波长调谐随机移相算法，并将其应用于大口径波长移相干涉仪中。在对该算法进行了模拟仿真，验证算法的可行性及精度后，进行了实验研究。结果表明，在波长移相干涉仪中运用该方法，可以很好地解决长腔长测试条件下的相位计算问题，且与被测件的理想相位比较，精度较高。64820
关键词 干涉 波长调谐 随机移相 长腔长
毕业论文 外 文 摘 要
Title Research on the Randomly Phase Shifting Algorithm with Wavelength Tuning
Abstract
The wavelength tuning interferometer is applied to test large optical components. In order to calculate the phases using the algorithms with certain phase steps, the steps should be calibrated. When testing at long cavity lengths, the calculating precision using algorithms with certain steps is low. It is because the limited resolution of the laser controller, environment vibration and airflow disturbance, etc.. On the basis of the randomly phase shifting algorithm, the randomly phase shifting algorithm with wavelength tuning is presented. And it is applied to the large aperture wavelength tuning interferometer. The algorithm is simulated and it is proved correctly and with high precision. The experiment shows that it can obtain the phases in the wavelength tuning interferometer. The precision is proved high with comparing to the ideal phases.
Keywords interferometry; wavelength tuning; randomly phase shifting algorithm; long cavity length
目录
1 绪论 1
1. 1 课题研究背景 1
1. 3 主要研究工作 2
2 移相干涉术 3
2．1 移相干涉技术的研究现状 3
2．2 移相干涉术的原理 3
2．3 波长调谐移相干涉仪的工作原理 6
2．4 本章小结 7
3 移相算法 8
3.1 最小二乘法 8
3.2 定步长移相算法 9
3.3 波长调谐随机移相算法 11
3.4 本章小结 13
4 对移相算法的模拟实验研究 15
4.1 模拟仿真 15
4.2 实验 16
4.3 本章小结 19
结论 20
致谢 21
参考文献 22
1 引言
1．1 课题的研究背景以及意义
移相技术从实现方式上可以分为两类：硬件移相技术和波长移相技术[1]。以压电陶瓷（PZT）为代表的硬件移相技术[2]。在移相过程中，不可避免地会产生机械应力的变化，特别是当干涉仪系统较大时PZT推动困难，会出现非直线运动，从而产生较大误差。而在波长移相干涉仪中，激光器作为光源，其波长可以连续改变，起到移相器的作用，不再需要推动硬件实现相，大大简化了干涉仪的机械结构。并且在测量中，系统的机械部分保持不动，消除了由于硬件移动而引起的误差，进一步提高了测量精度，对于大尺寸干涉仪，这个特点是非常有意义的。但是，波长调谐移相的移相量不仅与激光器的波长变化量有关，还与干涉腔长有关[3]。在不同的干涉腔长下进行测试时，相同的波长变化量引起的相位变化量不一样，故若采用定步长移相算法求解相位分布，需进行移相量的标定。当干涉腔长较长时，移相量的分辨率受激光器波长调谐分辨率的限制，同时由于环境振动、气流扰动等因素的影响，导致移相量难以满足定步长移相算法和等步长移相算法的要求，从而给最终的波面测试结果引入较大误差[4]。因此，需解决移相量不准时的波面测试问题。本文在对随机移相算法进行了深入的研后，提出了波长调谐随机移相算法，并将其应用于大口径波长移相干涉仪的相位计算中。在模拟仿真验证了算法的正确性后，进行了实验研究，实验结果表明，在长腔长测试条件下，该算法仍可以高精度地得到大口径光学元件的波面分布。