分焦平面型光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的器件與算法研究.pdf

1、在相移干涉和偏振成像光學(xué)測(cè)量中，需要采集多幅圖像才能重構(gòu)出被測(cè)的相位或斯托克斯矢量。普通的分時(shí)采集方法受到被測(cè)目標(biāo)和測(cè)量系統(tǒng)間的振動(dòng)、空氣擾動(dòng)等因素的影響，對(duì)測(cè)量環(huán)境要求較高?；谙袼啬０宓姆纸蛊矫嫘凸鈱W(xué)測(cè)量系統(tǒng)，可以采集單幅圖實(shí)現(xiàn)相移干涉或偏振成像的測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和脈沖光的測(cè)量，而且通過(guò)對(duì)多次測(cè)量進(jìn)行平均，可以減小空氣擾動(dòng)的影響。
　　分焦平面型光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的核心器件是偏振元件組成的像素模板，現(xiàn)有的像素模板都要采用復(fù)雜

2、的微納加工工藝制作。本文利用偶氮苯聚合物的光致取向和由其導(dǎo)致的雙折射特性，通過(guò)簡(jiǎn)單的光刻工藝制作了偶氮取向陣列;實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該器件可以作為波片陣列的像素模板應(yīng)用于分焦平面型光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)中;對(duì)于分焦平面型光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的像素失配誤差，研究了各種重構(gòu)算法的誤差。本文具體研究成果如下:
　　(1)利用光彈調(diào)制器實(shí)時(shí)測(cè)量偶氮苯聚合物薄膜光致雙折射的變化規(guī)律。在405nm線(xiàn)偏振光照射下，偶氮苯聚合物的雙折射會(huì)逐漸增大并穩(wěn)定在一定值;關(guān)掉誘導(dǎo)光后，

3、雙折射會(huì)略有降低，并最終趨于穩(wěn)定。本文使用的PCN6薄膜，實(shí)測(cè)最終的穩(wěn)定的相位延遲是121°。
　　(2)利用整體被405nm偏振光照射后的偶氮聚合物薄膜，設(shè)計(jì)了旋轉(zhuǎn)各向異性薄膜實(shí)現(xiàn)偏振相移的干涉系統(tǒng)。將薄膜依次旋轉(zhuǎn)到π/3，π/6，-π/6和-π/3采集四幅具有不同相移的干涉圖，并由其重構(gòu)出參考光與被測(cè)光的相位差，表明具有光致各向異性的偶氮苯聚合物薄膜可以應(yīng)用于相移干涉系統(tǒng)中。
　　(3)通過(guò)偏振可控的激光直寫(xiě)裝置，對(duì)偶氮

4、苯聚合物薄膜進(jìn)行曝光，使偶氮苯聚合物薄膜被周期性的光致取向，形成波片陣列，每個(gè)單元的尺寸是10μm×10μm，其相位延遲量均為120°，但是快軸方向周期性變化。利用該波片陣列，搭建了分焦平面型偏振相移干涉系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)平面鏡的干涉測(cè)量，重構(gòu)相位誤差的最大值是0.13rad。在相位測(cè)量的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步求解出入射到波片陣列上光束的瓊斯矢量，實(shí)現(xiàn)了相干光的偏振成像。
　　(4)研究了分焦平面型相移干涉系統(tǒng)相位重構(gòu)算法的誤差，比較了多點(diǎn)平

5、均法、插值法、頻域重構(gòu)法對(duì)分焦平面型測(cè)量系統(tǒng)的像素失配誤差的抑制作用。其中頻域重構(gòu)法的精度最高，三次樣條插值法其次，多點(diǎn)平均法最差。在波片作為像素模板時(shí)，為了能夠使用頻域重構(gòu)法，需要波片的光致雙折射引起的相位延遲量為126.9°，而三次樣條插值法沒(méi)有該要求。
　　(5)設(shè)計(jì)了可用于全斯托克斯偏振成像的波片陣列，研究了利用波片陣列的分焦平面型偏振成像系統(tǒng)的重構(gòu)方法，詳細(xì)研究了插值法和頻域重構(gòu)法對(duì)像素失配誤差的抑制。對(duì)于帶限信號(hào)，頻域