利用白光干涉技术测量块状材料的群折射率

张淑娜; 罗震岳; 沈伟东; 刘旭; 章岳光

doi:10.7498/aps.60.014221

摘要

对群折射率的精确而快速测量是光学工程领域一个基础而又亟需解决的难题,本文提出了一套光谱型迈克尔逊白光干涉系统的解决方案.该系统充分利用了微型光纤光谱仪一次测量便可获得所有干涉信息的特点,无需机械扫描装置,具有结构简单和测量快速的优点.与传统的窗口傅里叶变换算法相比,本文采用小波变换直接从干涉信号的小波脊中提取群延迟,减小了由相位求导得到群延迟过程中引入的误差放大效应,进而提高了群折射率的测量精度.基于此迈克尔逊白光干涉系统,在不同干涉位置处对两块不同厚度的石英和BK7玻璃进行了测量,实验结果表明此方法在宽

关键词:

Abstract

It is a radical but pressing problem to measure the group refractive index of dispersive material both accurately and rapidly in optical engineering field. In this paper, a white-light spectral interferometric system employing a fiber-optic spectrometer is developed for solving this problem. The system takes advantage of the characteristic of fiber-optic spectrometer which can get all the interferometric information by a single shot image without any mechanical scanning. Compared with the traditional windowed Fourier transform, a wavelet transform algorithm is used to directly extract the group delay rather than the phase from the interferogram. Therefore, the new method can provide a simple and fast solution, while still maintaining high accuracy. Based on this white-light Michelson interferometric system, fused silica and BK7 glass samples are measured respectively and the results agree well with the theoretical values over a broad spectral range. At the end of this paper, different mirror positions are used to verify the repeatability of our method.

Keywords:

作者及机构信息

1.
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,杭州 310027

基金项目: 国家自然科学基金(批准号:60708013和60778025)资助的课题.

Authors and contacts

1.
State Key Laboratory of Modern Optical Instrumentation, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China

参考文献

[1]	Li H, Xie S S, Lu Z K 1999 Acta Photon. Sin. 28 1075 (in Chinese) [李晖、谢树森、陆祖康 1999 光子学报 28 1075]
[2]	Hirai A, Matsumoto H 2003 Opt. Lett. 28 2112
[3]	Tan Z W, Zheng K, Liu Y, Fu Y J, Chen Y, Cao J H, Ning T G, Dong X W, Ma L N, Jian S S 2005 Acta Phys. Sin. 54 5218(in Chinese)[谭中伟、郑凯、刘艳、傅永军、陈勇、曹继红、宁提纲、董小伟、马丽娜、简水生 2005 54 5218]
[4]	Tian J R, Han H N, Zhao Y Y, Wang P, Zhang W, Wei Z Y 2006 Acta. Phys. Sin. 55 4725(in Chinese)[田金荣、韩海年、赵研英、王鹏、张炜、魏志义 2006 55 4725]
[5]	Dorrer C 2004 J.Opt.Soc.Am.B 21 1417
[6]	Amotchkina T V, Tikhonravov A V, Trubetskov M K, Grupe D, Apolonski A, Pervak V 2009 Appl. Opt. 48 949
[7]	Naganuma K, Mogi K, Yamada H 1990 Opt. Lett. 15 393
[8]	Hlubina P 2003 SPIE 5064 191
[9]	Murphy D F, Flavin D A 2000 Appl. Opt. 39 4607
[10]	Reolon D, Jacquot M, Verrier I, Brun G, Veillas C 2006 Opt. Express 14 12744
[11]	Kim S, Na J, Kim M J, Lee B H 2008 Opt. Express 16 5516
[12]	Xue H, Shen W D, Gu P F, Luo Z Y, Zhang Y G, Liu X 2009 Chin. Opt. Lett. 7 446
[13]	Deng Y Q, Yang W J, Zhou C, Wang X, Tao J, Kong W P, Zhang Z G 2009 Opt. Express 17 6038
[14]	Deng Y Q, Wu Z B, Chen S H, Chai L, Wang Q Y, Zhang Z G 2005 Acta Phys. Sin. 54 3716(in Chinese)[邓玉强、吴祖斌、陈盛华、柴路、王清月、张志刚 2005 54 3716]
[15]	Deng Y Q, Lang L Y, Xing Q R, Cao S Y, Yu J, Xu T, Li J, Xiong L M, Wang Q Y, Zhang Z G 2008 Acta Phys. Sin. 57 7747(in Chinese)[邓玉强、郎利影、邢岐荣、曹士英、于靖、徐涛、李健、熊利民、王清月、张志刚 2008 57 7747] 〖17] Deng Y Q, Yang W J, Zhou C, Wang X, Tao J, Kong W P, Zhang Z G 2008 Opt. Lett. 33 2855
[16]	Tan T Y, Yi K, Shao J D, Fan Z X 2005 Chinese J. Lasers 32 1678(in Chinese)[谭天亚、易葵、邵建达、范正修 2005 中国激光 32 1678] 〖19] Hlubina P 2001 Optics Commun. 193 1
[17]	Kim S H, Lee S H, Lim J I, Kim K H 2010 Appl. Opt. 49 910
[18]	Deng Y Q, Cao S Y, Yu J, Xu T, Wang Q Y, Zhang Z G 2008 Acta Phys. Sin. 57 7017(in Chinese)[邓玉强、曹士英、于靖、徐涛、王清月、张志刚 2008 57 7017]

施引文献

[1]	Li H, Xie S S, Lu Z K 1999 Acta Photon. Sin. 28 1075 (in Chinese) [李晖、谢树森、陆祖康 1999 光子学报 28 1075]
[2]	Hirai A, Matsumoto H 2003 Opt. Lett. 28 2112
[3]	Tan Z W, Zheng K, Liu Y, Fu Y J, Chen Y, Cao J H, Ning T G, Dong X W, Ma L N, Jian S S 2005 Acta Phys. Sin. 54 5218(in Chinese)[谭中伟、郑凯、刘艳、傅永军、陈勇、曹继红、宁提纲、董小伟、马丽娜、简水生 2005 54 5218]
[4]	Tian J R, Han H N, Zhao Y Y, Wang P, Zhang W, Wei Z Y 2006 Acta. Phys. Sin. 55 4725(in Chinese)[田金荣、韩海年、赵研英、王鹏、张炜、魏志义 2006 55 4725]
[5]	Dorrer C 2004 J.Opt.Soc.Am.B 21 1417
[6]	Amotchkina T V, Tikhonravov A V, Trubetskov M K, Grupe D, Apolonski A, Pervak V 2009 Appl. Opt. 48 949
[7]	Naganuma K, Mogi K, Yamada H 1990 Opt. Lett. 15 393
[8]	Hlubina P 2003 SPIE 5064 191
[9]	Murphy D F, Flavin D A 2000 Appl. Opt. 39 4607
[10]	Reolon D, Jacquot M, Verrier I, Brun G, Veillas C 2006 Opt. Express 14 12744
[11]	Kim S, Na J, Kim M J, Lee B H 2008 Opt. Express 16 5516
[12]	Xue H, Shen W D, Gu P F, Luo Z Y, Zhang Y G, Liu X 2009 Chin. Opt. Lett. 7 446
[13]	Deng Y Q, Yang W J, Zhou C, Wang X, Tao J, Kong W P, Zhang Z G 2009 Opt. Express 17 6038
[14]	Deng Y Q, Wu Z B, Chen S H, Chai L, Wang Q Y, Zhang Z G 2005 Acta Phys. Sin. 54 3716(in Chinese)[邓玉强、吴祖斌、陈盛华、柴路、王清月、张志刚 2005 54 3716]
[15]	Deng Y Q, Lang L Y, Xing Q R, Cao S Y, Yu J, Xu T, Li J, Xiong L M, Wang Q Y, Zhang Z G 2008 Acta Phys. Sin. 57 7747(in Chinese)[邓玉强、郎利影、邢岐荣、曹士英、于靖、徐涛、李健、熊利民、王清月、张志刚 2008 57 7747] 〖17] Deng Y Q, Yang W J, Zhou C, Wang X, Tao J, Kong W P, Zhang Z G 2008 Opt. Lett. 33 2855
[16]	Tan T Y, Yi K, Shao J D, Fan Z X 2005 Chinese J. Lasers 32 1678(in Chinese)[谭天亚、易葵、邵建达、范正修 2005 中国激光 32 1678] 〖19] Hlubina P 2001 Optics Commun. 193 1
[17]	Kim S H, Lee S H, Lim J I, Kim K H 2010 Appl. Opt. 49 910
[18]	Deng Y Q, Cao S Y, Yu J, Xu T, Wang Q Y, Zhang Z G 2008 Acta Phys. Sin. 57 7017(in Chinese)[邓玉强、曹士英、于靖、徐涛、王清月、张志刚 2008 57 7017]

[1]	王建海, 钱建强, 窦志鹏, 林锐, 许泽宇, 程鹏, 王丞, 李磊, 李英姿. 基于小波变换的多频静电力显微镜动态过程测量方法. , 2022, 71(9): 096801. doi: 10.7498/aps.71.20212095
[2]	杨君, 吴浩, 罗琨皓, 郭金川, 宗方轲. 抑制傅里叶变换法恢复的X射线相衬像中的伪影. , 2021, 70(10): 104101. doi: 10.7498/aps.70.20201781
[3]	刘欣宇, 杨苏辉, 廖英琦, 林学彤. 基于小波变换的激光水下测距. , 2021, 70(18): 184205. doi: 10.7498/aps.70.20210569
[4]	王振, 杜艳君, 丁艳军, 彭志敏. 基于傅里叶变换的波长扫描腔衰荡光谱. , 2019, 68(20): 204204. doi: 10.7498/aps.68.20191062
[5]	于慧, 张瑞, 李克武, 薛锐, 王志斌. 双强度调制静态傅里叶变换偏振成像光谱系统测量原理及仿真. , 2017, 66(5): 054201. doi: 10.7498/aps.66.054201
[6]	赵辽英, 马启良, 厉小润. 基于HIS 小波变换和MOPSO的全色与多光谱图像融合. , 2012, 61(19): 194204. doi: 10.7498/aps.61.194204
[7]	余海军, 杜建明, 张秀兰. 相干态的小波变换. , 2012, 61(16): 164205. doi: 10.7498/aps.61.164205
[8]	甘甜, 冯少彤, 聂守平, 朱竹青. 基于分块DCT变换编码的小波域多幅图像融合算法. , 2011, 60(11): 114205. doi: 10.7498/aps.60.114205
[9]	符懋敬, 庄建军, 侯凤贞, 宁新宝, 展庆波, 邵毅. 基于小波变换的人体步态序列提取. , 2010, 59(6): 4343-4350. doi: 10.7498/aps.59.4343
[10]	相里斌, 袁艳, 吕群波. 傅里叶变换光谱成像仪光谱传递函数研究. , 2009, 58(8): 5399-5405. doi: 10.7498/aps.58.5399
[11]	赵文山, 何怡刚. 一种改进的开关电流滤波器实现小波变换的方法. , 2009, 58(2): 843-851. doi: 10.7498/aps.58.843
[12]	邓玉强, 曹士英, 于靖, 徐涛, 王清月, 张志刚. 小波变换提取放大超短脉冲载波-包络相位的研究. , 2008, 57(11): 7017-7021. doi: 10.7498/aps.57.7017
[13]	胡沁春, 何怡刚, 郭迪新, 李宏民. 基于开关电流技术的小波变换的滤波器电路实现. , 2006, 55(2): 641-647. doi: 10.7498/aps.55.641
[14]	赵莉, 冯稷, 翟光杰, 张利华. 小波变换在心磁信号处理中的应用. , 2005, 54(4): 1943-1949. doi: 10.7498/aps.54.1943
[15]	邓玉强, 吴祖斌, 陈盛华, 柴路, 王清月, 张志刚. 自参考光谱相干法的小波变换相位重建. , 2005, 54(8): 3716-3721. doi: 10.7498/aps.54.3716
[16]	邓玉强, 邢岐荣, 郎利影, 柴路, 王清月, 张志刚. THz波的小波变换频谱分析. , 2005, 54(11): 5224-5227. doi: 10.7498/aps.54.5224
[17]	邓玉强, 张志刚, 柴路, 王清月. 小波变换重建超短脉冲光谱相位的误差分析. , 2005, 54(9): 4176-4181. doi: 10.7498/aps.54.4176
[18]	游荣义, 陈　忠, 徐慎初, 吴伯僖. 基于小波变换的混沌信号相空间重构研究. , 2004, 53(9): 2882-2888. doi: 10.7498/aps.53.2882
[19]	宋菲君, 赵文杰, S. Jutamulia, 宋建力, 姚思一, 王栋. Haar-Gaussian小波变换在边缘测量中的应用. , 2003, 52(12): 3055-3060. doi: 10.7498/aps.52.3055
[20]	金鹏, 潘士宏, 梁基本. SIN+ GaAs结构中的Franz-Keldysh振荡的傅里叶变换研究. , 2000, 49(9): 1821-1828. doi: 10.7498/aps.49.1821

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