[发明专利]一种应用于波长调谐式移相干涉仪的自适应移相方法

说明书

发明公开了一种应用于波长调谐式移相干涉仪的自适应移相方法，对波长调谐式移相干涉仪的步进电压量与腔长之间的关系进行标定，通过标定得到步进电压与腔长的关系函数；输入腔长在设定范围内的值，根据所标定的步进电压与腔长的关系函数，得到该腔长值下的步进电压值；以该腔长值下的步进电压值进行移相，获取具有设定相位间隔的移相干涉图，再基于最小二乘原理和迭代法的解相位算法，实现自适应干涉腔长的波长调谐移相干涉。本发明基于波长调谐移相干涉技术原理的波长调谐移相干涉方法可实现自适应的移相操作，提高检测的精度和稳定性。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种应用于波长调谐式移相干涉仪的自适应移相 方法。

背景技术

移相干涉技术(Phase Shifting Interferometry，PSI)是现代光学制造业的眼睛与标尺， 因其具有检测无接触、响应速度快，检测精度高等特点，被广泛应用于各类的光学元件的 生产检测过程中。

但自二十世纪以来，移相干涉技术应用于光学计量领域，经过不断地技术革新，限制 此技术发展的短板已不仅是相关的硬件条件，更重要的是所采用的移相方式与相应的解相 位算法。传统的激光干涉仪一般使用压电陶瓷PZT承载参考镜进行微位移，从而实现相位 差的引入。然而，随着各领域日渐发展，大口径光学元件在各类大中型光学系统的应用愈 加广泛。面对检测对象尺寸与质量增大，受压电陶瓷负载能力的限制，PZT移相技术显得 力不从心。在移相过程中，容易引起检测系统内部振动，从而引入机械误差。这种误差是由干涉仪内部引入，属于移相原理的缺陷，几乎无法避免此误差的产生。

波长移相干涉技术因其不需改变干涉腔长，而是通过电信号的输入，实现光源输出波 长的精确控制和调整，以实现相位调整，从原理上解决了大口径光学元件的移相问题，而 广受关注。除此之外，由于波长移相干涉技术通过激光器出射波长引入移相，所以其移相 量受激光器波长调谐量与腔长的双重影响，其采用的相关图像处理算法也有差异。因此， 研究波长移相干涉技术的相关原理，找到适用于波长调谐移相技术的相关处理算法具有重 要的现实意义。

现代移相干涉测量技术融合了多领域的研究成果，结合激光技术、图像处理技术、电 子测量技术与计算机技术等多种高精度计量技术。压电晶体等器件快速发发展为移相干涉 技术的发展提供了硬件基础，得益于硬件技术的发展，移相干涉技术可以精确地求得波前 相位分布。移相干涉技术集合多种高精度计量技术于一体，在移相干涉技术发展初期，由 于硬件条件的限制，干涉测量技术的发展受限，测量精度难以提升。

近三十年来，相关硬件技术迅猛发展，光电探测器像素精度与计算机算力地不断提高， 打破了移相干涉技术地发展瓶颈。突破了硬件技术的限制，移相干涉技术的测量精度与稳 定性主要由两方面决定：(1)移相的方式。根据移相干涉技术原理，在测量过程中需要改 变参考光与测试光之间的光程差，实现干涉条纹的同向位移，移相的精度与稳定性决定了 测量的精度。(2)解相位算法。通过移相技术获取相位有序变化的干涉图序列后，计算机 需要经过一系列的解相位计算得到被侧面的波前分布。因此，解相位算法的精度直接影响 了测量结果，高精度的解相位算法不仅可以提高相位提取精度，也能对空气扰动、人为振 动等所带来随机误差起较强的抑制作用。

现有技术中波长调谐移相算法一般采用等步长最小二乘法迭代算法，计算并统计干涉 图的相位分布。最小二乘法迭代算法，是一种对移相精度要求低、稳定性好且计算精度高 的递归迭代算法，在波长调谐移相技术中取得了广泛的应用。但是，在实际应用过程中， 该算法仍存在以下三个问题：1)需要干涉腔长的准确值标定移相量，作为迭代初值；2)当移相量接近Nπ(N＝0，1，2···)时，相位提取误差相对较大；3)当多帧干涉图之间存 在对比度差异时，会较大程度地影响相位提取精度。

发明内容