相移式干涉儀之系統校正及量測軟體的撰寫

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張鴻聖(Hung-sheng Chang) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

相移式干涉儀之系統校正及量測軟體的撰寫
(The Calibration of Phase-Shifting Interferometer and the Application of Asphere Testing)

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摘要(中)

光學量測是目前光電科技中重要的一環，為達到精密的量測，目前大多是以光學干涉的方式，其中，相移式干涉術被廣泛的應用在各種精密光學量測當中。
相移式干涉術的原理是利用參考光束與待測光束的光程差形成干涉，接著一連串的改變參考光束的相位並記錄干涉條紋的變化，最後根據每次相位變化所記錄的干涉圖形，推得待測光束的相位。現今所發展出來的相位還原法，是根據不同的相位移與不同次數的相位改變而使用的，例如一般常使用的四步相移演算法、三步相移演算法、最小平方演算法或是Hariharan 演算法。
本論文提出了相移式干涉儀之系統校正的方法，針對相移制動器與標準鏡做校正，以減少量測時所產生的誤差。並對各種相位還原的演算法做分析與模擬，且開發一套相移式干涉儀的量測軟體，從校正系統到實際量測。最後校正前後的比較，校正後量測的結果可以達到小於五百分之一個波長的量測誤差。

摘要(英)

Phase-shifting interferometers（PSI）are widely used in many optical testing applications, for the phase-shifting interferometry has high accuracy and rapid measurements. Phase-shifting interferometry electronically records a series of interferograms while the reference phase of the interferometer is changed. The wavefront phase is encoded in the variations of the intensity pattern of the recorded interferograms, and a point-by-point calculation recovers the phase.
But there are numerous sources of error that can affect the accuracy of phase measurement determined by the phase-shifting interferometer. The error includes those attributable to the phase shifter, the reference surface roughness, the laser source, the detector, and the environment.
In this paper, we have discussed numerous PSI algorithms and the sources of error. Furthermore, we will propose some methods to calibrate the PSI system.

關鍵字(中)

★ 標準鏡校正
★ 壓電材料校正
★ 相移式干涉儀

關鍵字(英)

★ phase-shifting interferometry
★ piezoelectric transducers
★ reference optics

論文目次

中文摘要 I
ABSTRACT II
致謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 X
第一章緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機與目的 1
第二章相移式干涉儀之工作原理 3
2-1 光學干涉原理 3
2-2 各種相移式干涉儀之架構 6
2-2-1 Fizeau干涉儀 7
2-2-2 Twyman-Green干涉儀 8
2-2-3 Mach-Zehnder干涉儀 9
2-3 相移式干涉術 10
2-4 相位還原演算法 14
2-4-1 三步相移演算法 15
2-4-2 最小平方演算法 17
2-4-3 平均演算法 19
2-4-4 Carré演算法 22
2-4-5 Hariharan演算法 23
2-5 相位重建 24
第三章相移式干涉儀之系統誤差與模擬 27
3-1 相移誤差 27
3-2 感光元件非線性 28
3-3 光源穩定性 29
3-4 量化誤差 30
第四章相移式干涉儀之系統校正實驗 31
4-1 標準鏡之校正 32
4-1-1 標準鏡之工作原理 32
4-1-2 標準鏡之誤差 33
4-1-3 標準鏡校正之方法與流程 35
4-1-4 標準鏡校正之結果 39
4-2 相移致動器之校正 45
4-2-1 相移致動器之工作原理 45
4-2-2 相移致動器之誤差 46
4-2-3 相移致動器校正之方法與流程 50
4-2-3-1 Hariharan演算法 51
4-2-3-2 Zernike多項式擬合 52
4-2-3-3 Matlab模擬 54
4-2-3-4 相移致動器與干涉儀出瞳之相對位置 56
4-2-4 相移致動器校正之結果 58
第五章相移式干涉儀之量測軟體撰寫 63
第六章結論 69
6-1 總結 69
6-2 未來展望 69
參考文獻 70

參考文獻

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指導教授

李正中、梁肇文
(Cheng-chung Lee、Chao-wen Liang)

審核日期

2011-8-30

推文