基于光纤导光的数字全息微形变测量系统

作者：时间：2011-05-31来源：网络收藏

摘要：建立基于光纤导光的数字全息干涉微形变测量系统，首先，利用1×2单模光纤耦合器将激光源输出光分为照明光和参考光，实现光路结构简单、紧凑和稳定性好；然后，通过短焦距和长焦距准直透镜分别对照明光和参考光进行准直扩束，使得参物光强度接近1：1，从而获得高信噪比的数字全息图。利用基于数字全息的双曝光方法对钢板的波长量级微形变进行实验测量。通过全息记录、再现及相位解包裹得到高精度的测量结果。实验结果表明，建立的基于光纤导光的数字全息微形变测量系统具有光路简单、稳定性好等特点，而且测量精度高。
关键词：数字全息；光纤导光；形变测量；相位解包裹

0 引言
数字全息采用光电探测器作为记录介质，计算机模拟参考光进行全息再现，可以获取物光的振幅和相位信息，重构物体的三维形貌。该技术具有可处理相位信息、高效自动化、实时测量、稳定性高等诸多优点，近年来被广泛研究和应用。特别在微形变测量领域，数字全息方法作为一种相干测量方法，具有非接触、实时性、高分辨率、全视场等特点，倍受众多研究者关注。双曝光全息干涉法是典型的用于微形变测量的方法，其原理是将初始物光波面与变形以后的物光波面相比较。在记录过程中对形变物面作二次曝光，一次记录初始物光波的全息图，一次记录形变后物光波的全息图。用原参考光进行全息再现，得到形变前后的两物光波面相干产生条纹，通过分析条纹，了解波面的变化信息。目前，数字全息光路主要采用透镜、棱镜、波片以及空间滤波器等光学元件构建相干成像光路，而这些分离光学元件稳定性不高且体积大，非常不利于测量系统的小型化、稳定性，大大限制了全息系统的实际测量应用。
采用光纤波导替代全息光路中各种分立光学元件，使系统更加紧凑、稳定，此外光纤可绕曲、抗电磁、耐腐蚀的特点，使系统适于复杂环境、封闭结构、强电磁和强腐蚀等环境。因此，本文设计并建立了基于光纤导光的数字全息微形变测量系统。具体方法是，利用1×2单模光纤耦合器将激光源输出光分为照明光和参考光，同时通过短焦距和长焦距准直透镜分别对照明光和参考光进行准直扩束，使得参物光强度接近1：1，以获得高信噪比的数字全息图。通过对发生了波长量级微形的钢板进行实际测量，验证了本文建立系统的可行性和优越性。

1 双曝光数字全息干涉测量原理
数字全息原理如图1所示。物参光在相机光敏面干涉记录，计算机模拟参考光，用菲涅尔-基尔霍夫衍射关系，对物光波进行数字重建，XY平面为物平面，xy平面为全息记录平面，ηζ平面为再现平面，d’为全息记录距离。