相位波前編碼散斑場理論與套用研究

《相位波前編碼散斑場理論與套用研究》是依託天津大學，由黃戰華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：相位波前編碼散斑場理論與套用研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：黃戰華
• 依託單位：天津大學

項目摘要

傳統的雷射散斑理論研究和技術套用中，散斑場光波都是通過空間自由衍射傳輸到接收系統的。在該傳輸模式下，隨著散斑場在橫向和縱向位移量的增大，接收器獲得的干涉場的散斑強度互相關係數迅速下降，導致干涉條紋對比度迅速降低，限制了散斑技術進行位移測量的精度和範圍。本項目探索採用相位波前編碼調製方法，最佳化散斑場光波到接收系統的傳輸方式及其傳遞函式，增強接收面上散斑場的空間相關性，降低物面散斑場位移對散斑強度互相關係數的影響，提高散斑檢測的成像對比度並套用於大形變測量。本項目主要研究內容為：相位波前編碼對散斑場傳遞函式的作用；最佳化的相位波前編碼函式模型；散斑測量使用的相位編碼光學元件研製；擴展測量範圍的編碼散斑檢測系統設計。項目成果將構建編碼散斑測量系統的理論模型，並將之套用到實際工程測量中。

結題摘要

本項目主要完成了幾個方面的研究：首先完成了編碼散斑相關函式的描述方法研究，研究相位波前編碼對散斑場傳遞函式的作用，以及相位編碼元件調製後的散斑場相關函式的描述方法；其次，設計了增強散斑相關性的光學相位編碼元件。研究最佳化的相位波前編碼函式模型，並在此基礎上研製所需的相位編碼光學元件；第三，研究了編碼散斑場三維空間相關性的制約關係。通過研究編碼散斑場的三維空間相關性，研究了散斑統計尺寸的兩個分量長度和寬度之間的制約關係；最後，完成了編碼散斑檢測技術的實際套用研究。分析了編碼散斑場的測量的方法是否適用於散斑檢測的各個領域，包括散斑照相、散斑干涉、散斑相關等。研究了編碼元件的引入對散斑測量系統其他參數的影響，套用於實際測量系統中的散斑檢測方法和實驗驗證。 通過上述的研究內容，獲得了重要的研究結果：首先，散斑干涉技術中，條紋對比度是以形變前後散斑場相關係數為變數的增函式；其次，相位編碼能夠有效提高形變和位移大範圍內散斑場的相關係數，對散斑場退相關的具有很有效的抑制作用；第三，隨著編碼相位板相位係數的增大，散斑的橫向和縱向相關尺寸也隨著增大，同時條紋對比度也逐漸降低；編碼相位板相位係數在40～80範圍內比較合適；第四，焦距越大，散斑的相關尺寸也越大，但同時也降低中央峰值與旁瓣光強比，降低散斑場相關性因此系統的焦距也需要在一個合適的範圍。 項目的研究成果對傳統的散斑測量技術的進一步發展有重要意義，在國內尚無研究成果；建立的編碼散斑場的理論模型對於散斑其它研究領域有指導作用；構建的編碼散斑測量方法能夠用於實際測量套用，能拓展現有技術的套用範圍。