空间光调制法抑制相干成像系统中相干噪声技术的研究

摘要

光干涉检测技术是光学元件高精度加工检测过程中的必要环节，对于光学元件质量判定起到终检决定性作用。商用干涉仪中大多数采用相干性好的激光作为光源以此获得较大的相干长度。这种选择大大降低了干涉检测过程中的装调难度。然而，不利因素是光学系统中的杂散光以及光学元件表面高频误差、瑕疵、灰尘等造成的散射光将造成像面中存在相干噪声，使得干涉系统的信噪比下降。常用的解决方法是对入射光源的相干性进行调制，以降低其相干性，进而抑制相干噪声和提高信噪比。本论文中采用了能够实时控制的动态光学元件，开展了干涉成像系统中空间光调制抑制相干噪声技术的研究。
　　本论文从统计光学理论出发，对测试光路中光场传输及像面光场采集进行了数理分析研究。研究了光场经过局部相位调制情况下其相干性的变化及其对于成像系统噪声的影响。理论分析表明，当调制屏上图案相位起伏标准差(σs)一定时，系统信噪比随着调制频率的增加先是增加然后在下降;当调制频率不变时，系统信噪比随着调制场相位起伏标准差的增大而增大。为验证理论分析，本论文开展相应的实验工作。以Twyman-Green型干涉光路为原型，在共光路部分引入空间光调制器作为光场调制器件对光场进行局部相位调制，分析采集到的干涉条纹图的信噪比。通过实验结果表明，验证了理论模型。此外，应选用相位起伏标准差σs=0.25π的调制图案以及刷新频率f=30Hz左右进行调制，可以得到较高的干涉条纹可见度和系统信噪比。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 本论文主要研究内容

2 空间光调制理论

2．1 光源复相干度调制理论

2．1．1 光源复相干度

2．1．2 空间光调制原理

2．2 散斑的统计特性

2．2．1 光学散斑的一阶统计特性

2．2．2 多幅独立散斑图的和

2．2．3 多幅相关散斑图的和

2．3 干涉成像系统分析

2．3．1 干涉成像系统像面形状分析

2．3．2 干涉成像系统中的散斑特性

2．3．3 干涉成像系统像面能量分析

2．4 本章小结

3．实验光路设计及搭建

3．1 Twyman-Green干涉系统主要指标

3．2 Twyman-Green干涉系统主体光学设计

3．2．1 准直系统设计

3．2．2 干涉成像系统设计

3．2．3 缩扩束系统设计

3．2．4 Twyman-Green型干涉总体光路

3．3 实验整体光路搭建

3．3．1 光源模块

3．3．2 空间光调制模块

3．3．3 CCD模块

3．4 本章小结

4．实验数据分析

4．1 单臂SLM调制实验

4．1．1 干涉成像系统调试实验

4．1．2 本征噪声调制实验

4．2 Twyman-Green型干涉调制光路

4．3 本章小结

5．总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和专利情况

攻读硕士学位期间参加的科学研究情况