横向剪切干涉中剪切量的选取及分析 (2012年)

横向剪切干涉技术是一种直接测量波面相位分布的光学测量方法,由于其不需要高精度的参考平面,并且能够测量偏离量较大的表面面形偏差,因此得到了更为广泛的应用。但是,通常情况下剪切量大小的选择凭工作经验来确定。为了给出一种定量的剪切量判定方法,论文提出了一种基于Zernike多项式拟合的剪切量判定方法,通过计算机仿真和实验给出了剪切量与测量误差的关系,发现剪切量为测量口径1/10时即可达到良好的测量结果。 ### 横向剪切干涉中剪切量的选取及分析 #### 一、横向剪切干涉技术概述 横向剪切干涉技术作为一种重要的光学测量手段，主要用于直接获取波面的相位分布信息。相较于传统的干涉测量方法，横向剪切干涉具有无需高精度参考平面以及能有效测量具有较大偏离量表面的优势，因此在多个领域得到了广泛应用。 #### 二、剪切量的重要性及其选择依据 剪切量是横向剪切干涉技术中的一个关键参数，它直接影响到测量的准确性和稳定性。然而，在实际应用过程中，剪切量的选择往往依赖于操作者的经验，缺乏明确的量化标准。这不仅限制了横向剪切干涉技术的进一步发展，也增加了实际操作中的不确定性。 #### 三、基于Zernike多项式的剪切量判定方法 为了解决上述问题，本文提出了一种基于Zernike多项式拟合的剪切量判定方法。Zernike多项式是一组正交多项式，常用于描述光学系统的像差，特别是在自由曲面和非球面元件的分析中非常有用。通过Zernike多项式的拟合，可以有效地解析出波面上的各种像差成分，并据此评估剪切量对测量结果的影响。 具体步骤如下： 1. **数据采集**：首先通过横向剪切干涉系统获取一系列不同剪切量下的干涉图像。 2. **Zernike多项式拟合**：对每张干涉图像进行Zernike多项式拟合，得到各像差系数。 3. **误差分析**：计算不同剪切量下Zernike多项式拟合的残差，以此作为测量误差的指标。 4. **优化剪切量**：根据测量误差的变化趋势，找到使误差最小化的最优剪切量。 #### 四、实验结果与分析 1. **计算机仿真**：通过计算机仿真模拟不同剪切量下的测量过程，验证了该方法的有效性。结果显示，在剪切量为测量口径的1/10左右时，可以获得较为理想的测量结果。 2. **实验验证**：在实际测量中，采用相同的方法进行了剪切量的优化。实验结果与仿真结果基本一致，进一步证实了基于Zernike多项式拟合的剪切量判定方法的可行性。 #### 五、结论与展望 基于Zernike多项式拟合的剪切量判定方法为横向剪切干涉技术提供了一个新的视角，有助于实现剪切量的科学化选择。这种方法不仅提高了测量的准确性，还降低了对操作者经验的依赖程度，从而促进了横向剪切干涉技术的发展。 未来的研究方向可以从以下几个方面展开： - 进一步优化Zernike多项式的拟合算法，提高计算效率和准确性。 - 探索更多影响横向剪切干涉测量的因素，如光源特性、环境因素等。 - 将此方法应用于更广泛的测量场景中，比如实时动态测量或极端条件下的测量等。 通过对横向剪切干涉技术中剪切量的选择进行深入研究，不仅可以提升现有测量技术的性能，还能为后续相关领域的研究提供理论基础和技术支持。