基于径向剪切干涉波前检测技术的研究

论文摘要

波前检测技术已经广泛应用于各个领域,为科学技术的发展起到了不可替代的作用。与传统的波前检测技术相比,如泰曼-格林干涉仪,径向剪切干涉不需要设置专门的参考光束,因此它能够检测大口径的波前。此外,径向剪切干涉对振动、空气扰动等不敏感,因此它适用于现场使用。但是径向剪切干涉系统的参考波前一般不是一个理想的平面波,干涉条纹图并不直接反应待测波前。这就导致条纹解释和重建波前变的十分困难和复杂。本文分析讨论了几种典型的径向剪切系统,在环路径向剪切干涉仪的基础上设计搭建了径向剪切干涉波前检测系统。现将本文的主要内容归纳如下:1在对径向剪切干涉原理详细阐述的基础上,模拟了径向剪切干涉条纹。2基于相对灵敏度与径向剪切干涉条纹图提出了径向剪切比的选取原则。3根据干涉条纹特点,论述了基于最小二乘法和zernike多项式的拟合算法,并编写了波前重建程序,仿真了简单和复杂波前的复原,并提出了利用相对精度来表征迭代误差。4引入形态学方法来处理干涉条纹图,解决了因光学元件缺陷等造成的干涉条纹断裂的问题。5设计了望远系统和分束器,推导出了分束器的透反比与径向剪切比的关系公式。6设计并搭建了径向剪切干涉波前测量装置。完成了仿真实验,结果表明波前重建算法是可行的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 典型波前检测系统
• 1.2.1 哈特曼-夏克波前传感器
• 1.2.2 曲率波前传感器
• 1.2.3 干涉测量法
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 径向剪切干涉原理
• 2.1 典型的径向剪切干涉仪
• 2.2 径向剪切干涉原理
• 2.2.1 径向剪切干涉波前测量系统设计
• 2.2.2 径向剪切干涉条纹解释
• 2.2.3 径向剪切干涉图仿真
• 2.3 剪切比的选择原则
• 2.3.1 剪切比灵敏度分析
• 2.3.2 待测波前对剪切干涉条纹的影响
• 2.3.3 径向剪切比的选取原则
• 2.4 本章小结
• 第3章 径向剪切干涉条纹处理及波前重建
• 3.1 干涉图预处理
• 3.1.1 图像滤波
• 3.1.2 干涉条纹的腐蚀和膨胀
• 3.1.3 干涉条纹标记和采样
• 3.2 基于ZERNIKE多项式波前拟合
• 3.2.1 Zenike 多项式
• 3.2.2 最小二乘法波前拟合
• 3.2.3 拟合仿真
• 3.3 波前重建
• 3.3.1 波前迭代复原算法
• 3.3.2 迭代仿真
• 3.4 本章小结
• 第4章 径向剪切干涉实验仿真
• 4.1 实验装置
• 4.1.1 望远系统的设计
• 4.1.2 分光棱镜的设计
• 4.1.3 其他主要元件的选择
• 4.2 波前复原仿真实验
• 4.3 精度分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢