[發(fā)明專利]一種利用渦旋光測(cè)量離面位移的系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410232274.3
• 申請(qǐng)日: 2014-05-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103983198A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫平;孫海濱;李興龍;李峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東師范大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/02
• 分類號(hào): G01B11/02
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種物體離面位移的測(cè)量裝置及方法，尤其涉及一種利用渦旋光測(cè)量離面位移的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

渦旋光是具有螺旋型相位波前和相位奇點(diǎn)的光束。在傳播過(guò)程中，波前會(huì)繞著傳播方向以螺旋的方式前進(jìn)。相位奇點(diǎn)處光波的光強(qiáng)為零，而相位則不確定，且相位圍繞奇點(diǎn)沿垂直于傳播方向呈螺旋狀分布。渦旋光的相位因子含有與旋轉(zhuǎn)方位角成正比的項(xiàng)，即exp(ilθ)，其中l(wèi)為渦旋光的拓?fù)浜伞Ｓ捎谛D(zhuǎn)，渦旋光束中每個(gè)光子都具有的軌道角動(dòng)量，因此在光學(xué)操控、信息編碼和傳輸?shù)确矫嬗袘?yīng)用的研究。將渦旋光引入干涉測(cè)量中，可以實(shí)現(xiàn)物體的離面位移的精確測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種利用渦旋光測(cè)量離面位移的系統(tǒng)及方法，該方法測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)單，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，為渦旋光的在精密測(cè)量方面的應(yīng)用開(kāi)辟了新的途徑。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種利用渦旋光測(cè)量離面位移的系統(tǒng)，包括：由激光器發(fā)出的光經(jīng)半透半反鏡一后分為兩束，一束光經(jīng)過(guò)空間光調(diào)制器一后成為渦旋光，以所述渦旋光作為參考光；另一束光經(jīng)擴(kuò)束鏡一照射到被測(cè)物體上產(chǎn)生物光；所述渦旋光依次經(jīng)帶有PZT的相移器、擴(kuò)束鏡二后照射到半透半反鏡二形成反射光，物光經(jīng)半透半反鏡二后形成透射光，所述物光和參考光經(jīng)半透半反鏡二后在CCD攝像機(jī)靶面上形成干涉圖像，將CCD攝像機(jī)接入計(jì)算機(jī)，對(duì)干涉圖像進(jìn)行處理。

一種利用渦旋光測(cè)量離面位移的系統(tǒng)，包括：由激光器發(fā)出的光經(jīng)半透半反鏡一后分為兩束，一束光經(jīng)過(guò)空間光調(diào)制器一后成為渦旋光一，以所述渦旋光一作為參考光；另一束光經(jīng)空間光調(diào)制器二形成渦旋光二，所述渦旋光二經(jīng)擴(kuò)束鏡一照射到被測(cè)物體上產(chǎn)生物光；渦旋光一依次經(jīng)帶有PZT的相移器、擴(kuò)束鏡二后照射到半透半反鏡二形成反射光，物光經(jīng)半透半反鏡二后形成透射光，所述物光和參考光經(jīng)半透半反鏡二后在CCD攝像機(jī)靶面上形成干涉圖像，將CCD攝像機(jī)接入計(jì)算機(jī)，對(duì)干涉圖像進(jìn)行處理。

一種利用渦旋光測(cè)量離面位移的方法，包括：以渦旋光作為參考光，根據(jù)參考光和物光得到被測(cè)物體的干涉圖像，利用相移計(jì)算方法計(jì)算得到物體變形前的圖像相位一；加載使被測(cè)物體變形，仍以渦旋光作為參考光，根據(jù)參考光和物光得到被測(cè)物體變形后的干涉圖像，利用相移計(jì)算方法計(jì)算所述變形后的圖像相位二；由相位一和相位二計(jì)算得到被測(cè)物體變形的離面位移分量。

具體方法如下：

(1)以渦旋光作為參考光，引入附加相位，利用CCD攝像機(jī)采集不同附加相位的被測(cè)物體的干涉圖像；

(2)利用四步相移法計(jì)算得到物體變形前的相位一；

(3)加載使被測(cè)物體發(fā)生離面位移，以渦旋光作為參考光，引入附加相位，利用CCD攝像機(jī)采集不同附加相位的被測(cè)物體的干涉圖像；

(4)利用四步相移法計(jì)算得到物體變形后的相位二；

(5)由相位一和相位二相減運(yùn)算，得到被測(cè)物體的離面位移相位，進(jìn)而計(jì)算得到物體的離面位移。

所述物光為物體反射的光，所述物光為平面光或者渦旋光。

所述步驟(2)的具體方法為：

引入附加相位，分別采集物體形變之前附加相位為0、π、時(shí)的四幅渦旋條紋圖；

利用四步相移法，得到四幅圖像的光強(qiáng)分布為：