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摘要光学自由曲面的精确检测是国际上的一个重要难题，多重倾斜波面干涉技术是有效解决该难题的方法之一。传统点光源阵列发生器利用微透镜进行设计，但微透镜在制造过程中很难达到很高的精度，且很难实现单元透镜焦点与针孔阵列的精准重合。为了满足点光源阵列的精度要求，设计了一套光纤阵列发生器系统。本文在点源阵列倾斜波面干涉原理的基础上，利用光纤阵列代替微透镜阵列，设计了一套性能最优、成本最低的光纤阵列。同时，在系统小型化的基础上，设计了一套耗时最短、路径规划最优的光纤阵列开关电路控制系统和算法。最后，通过实验系统的构建，对光纤阵列控制系统和算法进行了验证，实现了对光纤阵列任意光路通断的高速切换。41310
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毕业论文关键词 多重倾斜波面干涉技术 点源阵列发生器 光纤阵列 控制算法
Title Automated control algorithms and software designof routing for point source generator based on fibersAbstractAccurate detection of free-form optics is an important problem in internationaland multiple tilted wave-front interferometry is one of the effective solutionsto the problem. The traditional point light source array generator is designedby the micro lens, but it is very difficult to achieve high precision in themanufacturing process, and it is difficult to achieve the precise coincidence ofthe element lens focus and pinhole array. In order to satisfy the requirement ofthe precision of point light source array, a set of optical fiber array generatorsystem is designed.The work design a set of optimal performance, cost minimum fiber array, usingoptical fiber array instead of micro lens array, based on the point source arraytilt phase-shifting interferometry principle. At the same time, a control systemand algorithm of the fiber array switch circuit with the shortest time and theoptimal path planning is designed, based on the miniaturization of the system.At last, verifies it the control system and the algorithm of the optical fiberarray and realizes the high speed switching of optical fiber array with arbitraryoptical path, through the construction of the experimental system.
Keyword Multiple tilted-wave interferometry Point source array generatorFiber array Control algorithm
目次
目次..I
1绪论..1
1.1研究背景及意义..1
1.2国内外研究现状..2
1.3研究问题及研究途径4
1.4研究预案及预期结果4
2多重倾斜波面干涉系统.5
2.1多重倾斜波面干涉原理..5
2.2微透镜阵列补偿系统6
3光纤阵列发生器控制模块结构设计.9
3.1光纤阵列发生器控制系统总设计9
3.2光纤耦合模块的设计.10
4光纤阵列发生器控制模块程控设计..15
4.1光开关工作原理15
4.2机架式1×N光开关使用说明.16
4.3光纤阵列发生器程控设计.21
5光纤阵列发生器系统构建及验证实验.26
5.1光纤端口阵列构架设计26
5.2光纤阵列发生器系统装校.27
5.3光纤阵列发生器系统功能验证..28
结论..31
致谢..32
参考文献33
1 绪论
1.1 研究背景及意义光学自由曲面具有表面曲率变化较大、面形自由度较高的特点，与传统的具有旋转对称性的偶次非球面相比，在设计时具有更多的自由度，所以在经常作为光学系统中的透镜或反射面。利用自由曲面可以对各种相差进行更好的校正，获得的成像质量更优，系统结构也更加简单、轻便[1]。目前，在不同领域之中，各类非球面以及自由曲面在应用中都发挥着极大的作用。随着航空、航天、造船、汽车及高端眼镜片等行业的迅速发展，自由曲面零件在现代工业及国防领域的应用运来越广[2]。由于加工制造水平的局限性，自由曲面与非球面相比很难在实际应用中普及，因而其发展状况不容乐观。为了提高加工制造水平，就必须提高对面型的检测水平，而要想制造高精度的光学自由曲面就必须要有相应的高精度检测技术，所以自由曲面检测的研究一直是国际上的一个重要课题。在光学领域，通常将自由曲面的检测方法分为接触式检测法和非接触式检测法两类[3]。其中接触式检测主要有：轮廓仪检测法、三文坐标机检测法、光学探针激光测量、工业 CT、夏克—哈特曼波前探测技术等[4][5]。但其测量速度慢、精度低、易划伤元件等缺陷，说明非接触式检测法的研究十分重要。光学干涉测量是最有前景的检测方法，它不会损伤待测面表面，而且可以实现全口径同步测量，测量速度快、精度高，检测精度能够达到波长量级。但是由于光学自由曲面表面曲率变化较大、面形自由度较高的特点，传统干涉测量方法的测量动态范围很小，表现了极大局限性。为了解决这个问题，提出了长波长法、双波长法、剪切法、高分辨率探测法、子孔径拼接法等[6][7][8][9]，其中比较有效的是倾斜波面补偿技术[10]。该技术的关键组件在于点光源斜率补偿模块，系统的测量精度主要取决于它的精确装调。然而受现代工艺水平的限制，微透镜阵列、针孔阵列及掩膜板的加工制作参数很难达到标准要求，因而装调过程变得极其困难，甚至无法装调成功[11]。应用光纤阵列作为点源发生器，简化了系统装置，避免了其加工工艺过程中所产生的系统误差。该发射器将利用光纤耦合器对光线进行分束，在其输出端口处可直接形成若干点光源阵列。这样无需经过微透镜阵列和针孔阵列，避免了微透镜阵列和针孔阵列的加工参数标定及两者间装调的复杂操作，极大地减小了系统误差，调高了精度。同时在光纤中加入光开关，通过计算机实现对光纤端口处不同点光源的通光和阻光，起到动态掩膜板防止临近点光源间光束干扰的作用，进一步简化了操作，提高了精度。
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