分焦平面型光學測量系統的器件與算法研究.pdf

1、在相移干涉和偏振成像光學測量中，需要采集多幅圖像才能重構出被測的相位或斯托克斯矢量。普通的分時采集方法受到被測目標和測量系統間的振動、空氣擾動等因素的影響，對測量環(huán)境要求較高?；谙袼啬０宓姆纸蛊矫嫘凸鈱W測量系統，可以采集單幅圖實現相移干涉或偏振成像的測量，可實現快速運動目標和脈沖光的測量，而且通過對多次測量進行平均，可以減小空氣擾動的影響。
　　分焦平面型光學測量系統的核心器件是偏振元件組成的像素模板，現有的像素模板都要采用復雜

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致的雙折射特性，通過簡單的光刻工藝制作了偶氮取向陣列;實驗驗證該器件可以作為波片陣列的像素模板應用于分焦平面型光學測量系統中;對于分焦平面型光學測量系統的像素失配誤差，研究了各種重構算法的誤差。本文具體研究成果如下:
　　(1)利用光彈調制器實時測量偶氮苯聚合物薄膜光致雙折射的變化規(guī)律。在405nm線偏振光照射下，偶氮苯聚合物的雙折射會逐漸增大并穩(wěn)定在一定值;關掉誘導光后，

3、雙折射會略有降低，并最終趨于穩(wěn)定。本文使用的PCN6薄膜，實測最終的穩(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，設計了旋轉各向異性薄膜實現偏振相移的干涉系統。將薄膜依次旋轉到π/3，π/6，-π/6和-π/3采集四幅具有不同相移的干涉圖，并由其重構出參考光與被測光的相位差，表明具有光致各向異性的偶氮苯聚合物薄膜可以應用于相移干涉系統中。
　　(3)通過偏振可控的激光直寫裝置，對偶氮

4、苯聚合物薄膜進行曝光，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，實現了對平面鏡的干涉測量，重構相位誤差的最大值是0.13rad。在相位測量的基礎上，進一步求解出入射到波片陣列上光束的瓊斯矢量，實現了相干光的偏振成像。
　　(4)研究了分焦平面型相移干涉系統相位重構算法的誤差，比較了多點平

5、均法、插值法、頻域重構法對分焦平面型測量系統的像素失配誤差的抑制作用。其中頻域重構法的精度最高，三次樣條插值法其次，多點平均法最差。在波片作為像素模板時，為了能夠使用頻域重構法，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有該要求。
　　(5)設計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的重構方法，詳細研究了插值法和頻域重構法對像素失配誤差的抑制。對于帶限信號，頻域