窦健泰副教授在《Optics and Lasers in Engineering》发表光学干涉测量研究成果
近日，江苏科技大学理学院应用光学研究中心窦健泰副教授团队在涡旋光干涉测量方面取得研究进展，在国际知名光学期刊《Optics and Lasers in Engineering》（中科院工程技术大类2区，影响因子：4.6）上发表研究论文《Focal length measurement based on vortex beam interference》(DOI:10.1016 /j.optlaseng.2024.108197)，论文第一作者和通讯作者为窦健泰老师，第二作者为2022级研究生贺鑫磊，江苏科技大学为第一署名单位。
焦距是光学透镜和光学系统的关键性能参数，直接决定成像平面位置和成像质量。因此，开发精度高焦距的测量方法非常重要。目前已有的焦距测量方法依赖高精度的位移测量设备或者复杂的测量系统和操作步骤，难以在测量的便携性和精确度之间得到平衡，并且难以同时测凸透镜和凹透镜的焦距。涡旋光束是一种新型的光束，其光强呈环状分布，具有螺旋型的波前。它的干涉图中包含着更多的信息量，因此在光学干涉测量中有着很好的优势。与使用传统光束进行干涉测量焦距的方法相比，使用涡旋光束不仅可以简化处理步骤，提高测量效率，而且可以提高精度和鲁棒性，有效解决了现有焦距测量方法存在的问题。
图1. 基于涡旋光与球面波干测量焦距的系统光路图
该论文研究了一阶的涡旋光束与球面波干涉的干涉特性。通过理论分析和数值仿真模拟，证明了其干涉图的最大光强分布符合费马螺旋曲线，并且其螺旋系数和待测透镜的焦距与待测透镜到CCD成像面的距离之差相关联。通过采集涡旋光与球面波的干涉图像，提取其最大光强点，在极坐标系下对这些最大光强点按照预先推导的公式进行拟合，得到螺旋系数，然后再通过遮挡光路来获取参考光和测试光的光斑图像，运用相关的图像处理方法得到其光斑大小之比来计算待测透镜的焦距。在实际实验中测量了焦距分别为200mm和-100mm的透镜，测量结果的误差分别为0.0892%和0.0800%，具有较高的精确度，并且测量过程简单，系统易于搭建，这一研究成果为高效率高精度的焦距测量需求提供了一种新的解决思路。
相关工作受到国家自然科学基金、江苏省自然科学基金项目资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2024.108197