基于拉盖尔-高斯光束共轭干涉的微位移测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于拉盖尔

【技术实现步骤摘要】
基于拉盖尔
‑
高斯光束共轭干涉的微位移测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及激光干涉测量
，特别是涉及一种基于拉盖尔
‑
高斯光束共轭干涉的微位移测量装置及方法。

技术介绍

[0002]激光干涉测量技术以其高精度的光学标准尺度在微位移测量研究中具有重要地位，干涉仪的几何形状不同，但它们的基本功能相似，来自参考表面的波前会与来自被测透镜或表面的波前进行比较并干涉，通过分析得到的干涉图便可以得到待测量参数的一个定量定性的结果。
[0003]拉盖尔
‑
高斯光束(Laguerre
–
Gaussian，LG光)具有螺旋相位，环形光强的物理特性，这些物理特性使得LG光在光学操纵、分辨率显微成像、光通信、量子通信以及光学测量领域都有广泛应用。马赫泽德干涉仪测试原理简单、噪声小，通过灵活改进光路可以实现特定测量。但目前，还没有一种基于可调拓扑荷数的LG光和马赫泽德干涉仪的微位移测量技术。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于拉盖尔
‑
高斯光束共轭干涉的微位移测量装置及方法，能够基于拉盖尔
‑
高斯光束和马赫泽德干涉仪进行共轭干涉，实现微位移的测量。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种基于拉盖尔
‑
高斯光束共轭干涉的微位移测量装置，所述微位移测量装置包括：共轭干涉部件、成像部件和处理器；
[0007]所述共轭干涉部件包括：LG光产生组件和马赫泽德干涉仪；所述LG光产生组件和所述马赫泽德干涉仪光路连接；所述LG光产生组件用于产生拓扑荷数任意可调控的第一LG光，并将所述第一LG光传输至所述马赫泽德干涉仪；所述马赫泽德干涉仪用于将所述第一LG光传输至待测物体，并接收由所述待测物体反射的与所述第一LG光共轭的第二LG光，并使所述第一LG光和所述第二LG光发生干涉；
[0008]所述成像部件用于在所述待测物体发生位移前，对所述第一LG光和所述第二LG光的干涉过程进行拍摄，得到位移前干涉图像，还用于在所述待测物体发生位移后，对所述第一LG光和所述第二LG光的干涉过程进行拍摄，得到位移后干涉图像；
[0009]所述处理器与所述成像部件通信连接；所述处理器用于对所述位移前干涉图像和所述位移后干涉图像进行处理，得到所述待测物体的位移大小和方向。
[0010]在一些实施例中，所述LG光产生组件包括激光器和沿激光传输方向依次布置的第一分光棱镜和空间光调制器；所述激光器用于发出激光；所述第一分光棱镜用于将所述激光传输至所述空间光调制器；所述空间光调制器用于对所述激光进行相位调制，产生所述拓扑荷数任意可调控的第一LG光，并将所述第一LG光返回至所述第一分光棱镜；所述第一分光棱镜还用于将所述第一LG光反射至所述马赫泽德干涉仪。
[0011]在一些实施例中，所述激光器和所述第一分光棱镜之间布置有偏振片；所述偏振片用于调整所述激光的偏振角度，以与所述空间光调制器相适配。
[0012]在一些实施例中，所述激光器和所述第一分光棱镜之间布置有准直扩束器件；所述准直扩束器件用于对所述激光进行准直和扩束。
[0013]在一些实施例中，所述马赫泽德干涉仪包括第二分光棱镜、第一标准反射镜、第二标准反射镜和第三分光棱镜；所述第二分光棱镜用于将所述第一LG光分别传输至所述第一标准反射镜和所述第二标准反射镜；所述第一标准反射镜用于将所述第一LG光反射至所述第三分光棱镜；所述第三分光棱镜用于将所述第一LG光传输至所述待测物体，并接收由所述待测物体反射的与所述第一LG光共轭的所述第二LG光；所述第二标准反射镜用于将所述第一LG光反射至所述第三分光棱镜；所述第三分光棱镜用于将所述第一LG光和所述第二LG光进行合束，使所述第一LG光和所述第二LG光发生干涉。
[0014]一种基于拉盖尔
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高斯光束共轭干涉的微位移测量方法，控制上述的微位移测量装置工作，所述微位移测量方法包括：
[0015]接收成像部件在待测物体发生位移前拍摄的位移前干涉图像和在所述待测物体发生位移后拍摄的位移后干涉图像；
[0016]对所述位移前干涉图像和所述位移后干涉图像进行处理，得到所述待测物体的位移大小和方向。
[0017]在一些实施例中，所述对所述位移前干涉图像和所述位移后干涉图像进行处理，得到所述待测物体的位移大小和方向具体包括：
[0018]对所述位移前干涉图像进行处理，得到位移前光强曲线；
[0019]对所述位移后干涉图像进行处理，得到位移后光强曲线；
[0020]根据所述位移前光强曲线和所述位移后光强曲线确定所述待测物体的位移大小和方向。
[0021]在一些实施例中，所述对所述位移前干涉图像进行处理，得到位移前光强曲线具体包括：
[0022]对所述位移前干涉图像进行图像增强，得到增强后图像；
[0023]对所述增强后图像进行连通区域识别和质心标定，确定每一个连通区域的质心；
[0024]基于所有所述质心进行圆周拟合，得到拟合圆心和质心半径；
[0025]基于所述拟合圆心和所述质心半径对所述位移前干涉图像进行扫描，得到位移前光强曲线；所述光强曲线为光强值随角度的变化曲线。
[0026]在一些实施例中，所述对所述位移前干涉图像进行图像增强，得到增强后图像具体包括：
[0027]对所述位移前干涉图像进行去噪，得到去噪后图像；
[0028]对所述去噪后图像进行阈值化处理，得到二值化图像；
[0029]对所述二值化图像进行形态学操作，得到增强后图像；所述形态学操作包括膨胀和腐蚀。
[0030]在一些实施例中，所述根据所述位移前光强曲线和所述位移后光强曲线确定所述待测物体的位移大小和方向具体包括：
[0031]记录所述位移前光强曲线中的峰值点的第一角度，记录所述位移后光强曲线中的
峰值点的第二角度；
[0032]计算所述第二角度与所述第一角度的差值，以所述差值的绝对值作为旋转角度，以所述差值的正负作为旋转方向；
[0033]根据所述旋转角度计算所述待测物体的位移大小，根据所述旋转方向确定所述待测物体的位移方向。
[0034]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0035]本专利技术用于提供一种基于拉盖尔
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高斯光束共轭干涉的微位移测量装置及方法，包括共轭干涉部件、成像部件和处理器。共轭干涉部件基于LG光和马赫泽德干涉仪进行共轭干涉，成像部件分别在待测物体发生位移前和发生位移后，对干涉过程进行拍摄，得到位移前干涉图像和位移后干涉图像，处理器对位移前干涉图像和位移后干涉图像进行处理，得到待测物体的位移大小和方向，可实时简便的观测物体是否有位移变化，并可以实现皮米级别的微位移测量。
附图说明
[0036]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于拉盖尔
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高斯光束共轭干涉的微位移测量装置，其特征在于，所述微位移测量装置包括：共轭干涉部件、成像部件和处理器；所述共轭干涉部件包括：LG光产生组件和马赫泽德干涉仪；所述LG光产生组件和所述马赫泽德干涉仪光路连接；所述LG光产生组件用于产生拓扑荷数任意可调控的第一LG光，并将所述第一LG光传输至所述马赫泽德干涉仪；所述马赫泽德干涉仪用于将所述第一LG光传输至待测物体，并接收由所述待测物体反射的与所述第一LG光共轭的第二LG光，并使所述第一LG光和所述第二LG光发生干涉；所述成像部件用于在所述待测物体发生位移前，对所述第一LG光和所述第二LG光的干涉过程进行拍摄，得到位移前干涉图像，还用于在所述待测物体发生位移后，对所述第一LG光和所述第二LG光的干涉过程进行拍摄，得到位移后干涉图像；所述处理器与所述成像部件通信连接；所述处理器用于对所述位移前干涉图像和所述位移后干涉图像进行处理，得到所述待测物体的位移大小和方向。2.根据权利要求1所述的微位移测量装置，其特征在于，所述LG光产生组件包括激光器和沿激光传输方向依次布置的第一分光棱镜和空间光调制器；所述激光器用于发出激光；所述第一分光棱镜用于将所述激光传输至所述空间光调制器；所述空间光调制器用于对所述激光进行相位调制，产生所述拓扑荷数任意可调控的第一LG光，并将所述第一LG光返回至所述第一分光棱镜；所述第一分光棱镜还用于将所述第一LG光反射至所述马赫泽德干涉仪。3.根据权利要求2所述的微位移测量装置，其特征在于，所述激光器和所述第一分光棱镜之间布置有偏振片；所述偏振片用于调整所述激光的偏振角度，以与所述空间光调制器相适配。4.根据权利要求2所述的微位移测量装置，其特征在于，所述激光器和所述第一分光棱镜之间布置有准直扩束器件；所述准直扩束器件用于对所述激光进行准直和扩束。5.根据权利要求1所述的微位移测量装置，其特征在于，所述马赫泽德干涉仪包括第二分光棱镜、第一标准反射镜、第二标准反射镜和第三分光棱镜；所述第二分光棱镜用于将所述第一LG光分别传输至所述第一标准反射镜和所述第二标准反射镜；所述第一标准反射镜用于将所述第一LG光反射至所述第三分光棱镜；所述第三分光棱镜用于将所述第一LG光传输至所述待测物体，并接收由所述待测物体反射的与所述第一LG光共轭的所述第二LG光；所述第二标准反...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵冬娥，马亚云，杨学峰，张斌，褚文博，李沅，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：