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基于二维傅里叶变换的单帧干涉图相位提取方法琴烊蘸,李建欣单小引言摘要:针对大口径光学元件干涉测试过程中,测试装置和干涉腔长较大,气流扰动和环境振动对移相测试过程产生影响等问题,采用一种基于二维傅里叶变换的单帧干涉图处理方法,只需要对一幅空间载频干涉条纹图进行处理即可获得待测相位,具有抗振测试的优点。对该方法的基本原理和算法过程进行分析,并对近红外大口径移相平面干涉仪中口径的光学平晶进行了面形测试。实验结果表明:ú畈坏;波面均方根值关键词:移相干涉;相位提取;干涉图;傅里叶变换由于大径光学元件可提高光学系统的空间分辨率、扩大视场、增大信号收集能力‘,越来越广泛地应用于天文、航天和能源领域。现在很多大型光学工程项目使用了大口径光学元件,例如在我国神光一Ⅲ高功率固体激光装置中陪,,江苏南京;暇├砉ご笱У缱庸こ逃牍獾缂际跹г海漳暇ú罴负跷A恪文献标志码:—/年应用光学文章编号:———中图分类号:籘疛.—,—,琋:,,—甌—.——.:【,—,簆—;;籉收稿日期:——;修回日期:基金项目:国家自然科学基金资助项目作者简介:单小琴,女,江苏大丰人,硕士,主要从事光学测试及光学图像处理方面的研究。.。甋,—
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伽兀嚣笔器基本原理㈣瑈蝗瑈,,一瑈弧聉,·用大量的高精度大口径平面光学元件。为实现对这些大口径光学元件的面形和光学均匀性的测试,研制了高精度检测的大口径干涉仪。而对于大口径光学元件的干涉测试,由于测试装置和干涉腔长较大,气流扰动和环境振动会对测试过程产生影响。采用移相干涉法需要采集多帧干涉图进行相位计算,测试精度容易受上述两种因素的影响‘。为了提高测试精度和重复性,需要对干涉仪的机械结构进行复杂的抗振设计,使得系统结构复杂度增加。采用基于二维傅里叶变换的单帧干涉图处理方法,可从空间载频的单幅干涉图中精确地提取出波面相位信息.,具有处理瞬变波面相位的能力,可有效克服振动和气流的影响,适合于分析外界存在扰动的情况,降低大口径干涉测量系统的硬件复杂度,在动态波面相位测试上很有意义。对基于二维傅里叶变换的单帧干涉图的相位提取方法进行了研究,分析该方法的基本原理和算法过程中的相位提取、干涉图延拓等关键技术,给出算法的处理结果以及实验精度分析。斐索型波长移相干涉仪作为大口径干涉测试系统,采用波长调谐的移相方式进行移相,其系统框图如图尽5缪骨丛诩扑慊目刂葡通过改变可调谐激光器的波长来改变相位,参考镜和测试镜反射的光发生干涉,由图像卡采集多幅移相干涉图,再经计算机处理之后得到待测光学元件的相位】。本文对采集到的其中一幅干涉图采用二维傅里叶变换方法处理。干涉仪形成的干涉光强分布可表示为式中:瑈8缮嫣跷频墓馇浚慧瑈8缮条纹的背景光强;瑈8缮嫣跷频牡髦贫取其中,式中:瑈4獠娴南辔唬磺瑈2慰波面的相位。若倾斜参考波面在较蚝蚘方向分别引入空间载频厂,和,,,娇尚次,将礁男闯芍甘问剑兀街蟹表示复共轭。对浇卸维傅里叶变换,则有:琟籄В琭籢,式中:琭为干涉条纹的背景光强的频谱,也就是零级谱的分布函数;R徽琟一厶U一级频谱的分布函数;,,琟为负一级频谱的分布函数。正负一级频谱中既包含了待测波面的频谱信息,也包含了载频信息。适当选取空间载频统В梢院芎玫胤