CN107202548A - 波长移相算法灵敏度测试系统及测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种波长移相算法灵敏度测试系统及测试方法，波长调谐激光器发射的激光在光路系统中分别从待测件与参考镜反射回来并发生干涉，CCD接收从待测件与参考镜返回的干涉激光并记录干涉光强。根据硬件移相原理通过压电陶瓷一调整参考镜的位置测量待测件面形W1；利用波长移相算法通过改变波长测量被测件面形W2。确定当|W2‑W1|最小时的干涉腔长。通过压电陶瓷二调整待测件的位置，利用激光多普勒干涉仪记录压电陶瓷二移动距离L。利用波长移相算法分析压电陶瓷二移动L后的待测件面形W3，分析压电陶瓷二调整前后测得的待测件面形W3和W2之间的差值是否与压电陶瓷二的移动距离L一致，从而得到波长移相算法精度，达到标定测量精度的目的。

Description

波长移相算法灵敏度测试系统及测试方法
技术领域
本发明涉及一种波长移相算法灵敏度测试系统及测试方法，属于光学检测领域。
背景技术
光干涉检测技术是一种以光波干涉原理为基础的计量测试方法，是公认的检测光学元件、光学系统最有效、最准确的手段之一。干涉仪釆用干涉检测技术，实现波长量级的非接触式测量，具有比其它类型的检测仪器更高的灵敏度与更好的易用性。二十世纪七十年代出现的移相干涉术通过对干涉场的调制产生移相，再根据釆集的若干幅移相干涉图恢复待测物理量，显著提升了千涉检测的精度和自动化程度，被广泛应用于光学元件面形和光学系统成像质量的评价。
自干涉技术被提出以来，国内外学者都对移相展开了研究，从移相方式来划分主要分为两类：一类是硬件移相，其代表是PZT移相；另一类是波长移相，又称为软件移相技术。不同的移相算法精度也不同。以PZT为代表的硬件移相技术,在移相过程中,不可避免地会产生机械应力的变化,引入误差,从而影响实际的测量结果。特别是当干涉仪系统较大时,会为推动移相带来困难,并且非直线运动会引入较大误差[3]。另外,硬件移相技术算法还不能克服多表面干涉形成的寄生条纹的影[4],需要进行涂抹凡士林等措施消除寄生条纹,由此会对测量引入误差,而波长移相技术可以克服上述缺点。在波长移相干涉仪中,激光器既作为光源,其波长又可以连续改变,起到移相器的作用,不再需要推动硬件实现移相,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。
发明内容
本发明的目的是提供一种波长移相算法灵敏度测试系统及测试方法，可以标定波长移相算法的测量精度。
为达到上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种波长移相算法灵敏度测试系统，包括波长调谐激光器、半透半反镜、透镜一、准直镜、参考镜、压电陶瓷一、被测件、压电陶瓷二、激光多普勒干涉仪、透镜二、光阑、透镜三和CCD；所述波长调谐激光器发出的光束透过半透半反镜，透镜一，准直镜后到达参考镜，一部分光从参考镜反射回去，另一部分光透过参考镜到达被测件表面并反射回去；从参考镜和被测件表面反射回去的光发生干涉，并通过准直镜，透镜一，经半透半反镜反射后经透镜二，光阑，透镜三，最后干涉光强被CCD接收；通过压电陶瓷一移动参考镜的位置，通过压电陶瓷二移动被测件的位置，所述激光多普勒干涉仪测量被测件移动的水平距离。
一种波长移相算法灵敏度测试方法，应用上述的波长移相算法灵敏度测试系统，具体步骤如下：
1)确定波长调谐激光器的初始波长λ0并保持不变，通过压电陶瓷一移动参考镜的位置，压电陶瓷二的位置不改变，CCD采集参考镜位于不同位置的干涉图，利用硬件移相测量算法测量待测件的面形W1；
2)利用波长移相算法计算移相步距为π/2时干涉腔长的理论值L0，将压电陶瓷一和压电陶瓷二之间的距离调整为L0并保持不变，以步距Δλ调整波长调谐激光器的波长，CCD采集不同波长干涉图，根据多步波长移相算法测量待测件面形W2；以面形W1为参考，调整干涉腔长L’，确定当|W2-W1|最小时的干涉腔长L0+L’；
3)通过压电陶瓷二调整参考镜与待测件之间的距离，利用激光多普勒干涉仪记录压电陶瓷二移动距离L，以步距Δλ调整波长调谐激光器的波长，CCD采集不同波长干涉图，根据多步波长移相算法测量待测件面形W3，分析压电陶瓷二调整前后测得的待测件表面面形W2和W3之间的差值是否与压电陶瓷二的移动距离L一致，从而得到波长移相算法精度，达到标定测量精度的目的。
与现有技术相比，本发明具有如下的优点：
本发明有效地解决了移相算法精度标定测试问题，整个测试系统简单方便，高效，精度高。
附图说明
图1是波长移相算法灵敏度测试系统结构示意图。
图2是波长移相算法灵敏度测试方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和优选实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，一种波长移相算法灵敏度测试系统，包括波长调谐激光器1、半透半反镜2、透镜一3、准直镜4、参考镜5、压电陶瓷一6、被测件7、压电陶瓷二8、激光多普勒干涉仪9、透镜二10、光阑11、透镜三12和CCD13；所述波长调谐激光器1可以实现一定波长范围内的扫描，波长调谐激光器1发出的光束透过半透半反镜2，透镜一3，准直镜4后到达参考镜5，一部分光从参考镜5反射回去，另一部分光透过参考镜5到达被测件7表面并反射回去；从参考镜5和被测件7表面反射回去的光发生干涉，并通过准直镜4，透镜一3，经半透半反镜2反射后经透镜二10，光阑11，透镜三12，最后干涉光强被CCD13接收；通过压电陶瓷一6移动参考镜5的位置，通过压电陶瓷二8移动被测件7的位置，所述激光多普勒干涉仪9测量被测件7移动的水平距离。
如图2所示，一种波长移相算法灵敏度测试方法，应用上述的波长移相算法灵敏度测试系统，具体步骤如下：
1)确定波长调谐激光器1的初始波长λ0＝670nm并保持不变，通过压电陶瓷一6移动参考镜5的位置，压电陶瓷二8的位置不改变，CCD13采集参考镜5位于不同位置的干涉图，利用硬件移相测量算法测量待测件7的面形W1；
2)利用波长移相算法计算移相步距为π/2时干涉腔长的理论值L0＝12mm，将压电陶瓷一6和压电陶瓷二8之间的距离调整为L0并保持不变，以步距Δλ＝0.00467调整波长调谐激光器1的波长，CCD13采集不同波长干涉图，根据多步波长移相算法测量待测件7面形W2；以面形W1为参考，调整干涉腔长L’，确定当|W2-W1|最小时的干涉腔长L0+L’＝12mm+0.5mm；
3)通过压电陶瓷二8调整参考镜5与待测件7之间的距离，利用激光多普勒干涉仪9记录压电陶瓷二8移动距离L＝10nm，以步距Δλ＝0.00467调整波长调谐激光器1的波长，CCD13采集不同波长干涉图，根据多步波长移相算法测量待测件7面形W3，分析压电陶瓷二8调整前后测得的待测件7表面面形W2和W3之间的差值是否与压电陶瓷二8的移动距离L＝10nm一致，从而得到波长移相算法精度，达到标定测量精度的目的。

Claims (2)

1.一种波长移相算法灵敏度测试系统，其特征在于，包括波长调谐激光器(1)、半透半反镜(2)、透镜一(3)、准直镜(4)、参考镜(5)、压电陶瓷一(6)、被测件(7)、压电陶瓷二(8)、激光多普勒干涉仪(9)、透镜二(10)、光阑(11)、透镜三(12)和CCD(13)；所述波长调谐激光器(1)发出的光束透过半透半反镜(2)，透镜一(3)，准直镜(4)后到达参考镜(5)，一部分光从参考镜(5)反射回去，另一部分光透过参考镜(5)到达被测件(7)表面并反射回去；从参考镜(5)和被测件(7)表面反射回去的光发生干涉，并通过准直镜(4)，透镜一(3)，经半透半反镜(2)反射后经透镜二(10)，光阑(11)，透镜三(12)，最后干涉光强被CCD(13)接收；通过压电陶瓷一(6)移动参考镜(5)的位置，通过压电陶瓷二(8)移动被测件(7)的位置，所述激光多普勒干涉仪(9)测量被测件(7)移动的水平距离。
2.一种波长移相算法灵敏度测试方法，应用如权利要求1所述的波长移相算法灵敏度测试系统，其特征在于，具体步骤如下：
1)确定波长调谐激光器(1)的初始波长λ0并保持不变，通过压电陶瓷一(6)移动参考镜(5)的位置，压电陶瓷二(8)的位置不改变，CCD(13)采集参考镜(5)位于不同位置的干涉图，利用硬件移相测量算法测量待测件(7)的面形W1；
2)利用波长移相算法计算移相步距为π/2时干涉腔长的理论值L0，将压电陶瓷一(6)和压电陶瓷二(8)之间的距离调整为L0并保持不变，以步距Δλ调整波长调谐激光器(1)的波长，CCD(13)采集不同波长干涉图，根据多步波长移相算法测量待测件(7)面形W2；以面形W1为参考，调整干涉腔长L’，确定当|W2-W1|最小时的干涉腔长L0+L’；
3)通过压电陶瓷二(8)调整参考镜(5)与待测件(7)之间的距离，利用激光多普勒干涉仪(9)记录压电陶瓷二(8)移动距离L，以步距Δλ调整波长调谐激光器(1)的波长，CCD(13)采集不同波长干涉图，根据多步波长移相算法测量待测件(7)面形W3，分析压电陶瓷二(8)调整前后测得的待测件(7)表面面形W2和W3之间的差值是否与压电陶瓷二(8)的移动距离L一致，从而得到波长移相算法精度，达到标定测量精度的目的。
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