高精度干涉仪的相干噪声抑制技术研究

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随着光学系统在航天航空、军事等领域的广泛应用,对光学元件的检测精度要求也随之提高,使得高精度测量的新方法以及新理论大量涌现,大幅提升了光学精密测量的精度。通常采用干涉的方法来进行高精度测量,但是在干涉测量中,很多因素都会影响到干涉测量的精度,其中相干噪声的存在对干涉测量的结果影响巨大。激光具有高强度的相干性,在经过众多光学元件时,由于元件中的一些缺陷使得所采集的干涉图像中存在大量的相干噪声。目前各国的专家学者也研究了多种方法去抑制干涉系统中的相干噪声以便提高测量精度。在众多的方法中,旋转毛玻璃法简单易行,可以与众多方法结合使用,而且对干涉仪的光学系统不会产生不良影响,该方法已被国内外的干涉仪所广泛使用。本文以菲索干涉为基础,以抑制干涉系统中的相干噪声为目标,采用旋转毛玻璃法改善干涉图像的信噪比,提高干涉图像的质量。该技术既避免了对光学系统产生误差,而且能适用于各种口径的干涉仪。因此本文就旋转毛玻璃法对干涉图像质量影响展开了系统且深入的研究,主要研究内容有:首先,论述了菲索干涉的基本原理,对旋转毛玻璃抑制相干噪声的基本原理进行了详细的分析,深入研究了毛玻璃的光学调制理论,包括粗糙表面对光的调制理论和旋转速度对光的调制理论,并仿真了表面粗糙度和旋转速度对干涉图像的噪声抑制效果的影响;其次,搭建了基于菲索干涉的噪声抑制系统,阐述了干涉图像的处理流程,针对毛玻璃表面粗糙度和旋转速度对干涉图像的噪声抑制结果进行验证实验,并编写相关算法计算干涉图像的条纹对比度、噪声对比度和图像信噪比与仿真结果进行对比分析,体现出了很好的一致性,在文章最后对实验误差进行了详细的分析。最后,本文的仿真和实验结果表明:在进行干涉系统中的降噪实验时,应尽量将毛玻璃表面粗糙度与波长比控制在0.2~0.6之间,该范围内毛玻璃降噪性能优良,噪声抑制效果良好,但是在实际操作中应适当参考旋转速度的参数,随着毛玻璃旋转速度的增加,干涉图像的条纹对比度和噪声对比度都随之下降,旋转速度在50r/s时,图像信噪比达到峰值,说明干涉图像的降噪效果处于最佳状态。
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