窦健泰副教授在《Optics and Lasers in Engineering》發表光學幹涉測量研究成果
近日，伟德国际1946官方网應用光學研究中心窦健泰副教授團隊在渦旋光幹涉測量方面取得研究進展，在國際知名光學期刊《Optics and Lasers in Engineering》（中科院工程技術大類2區，影響因子：4.6）上發表研究論文《Focal length measurement based on vortex beam interference》(DOI:10.1016 /j.optlaseng.2024.108197)，論文第一作者和通訊作者為窦健泰老師，第二作者為2022級研究生賀鑫磊，伟德国际1946官方网為第一署名單位。
焦距是光學透鏡和光學系統的關鍵性能參數，直接決定成像平面位置和成像質量。因此，開發精度高焦距的測量方法非常重要。目前已有的焦距測量方法依賴高精度的位移測量設備或者複雜的測量系統和操作步驟，難以在測量的便攜性和精确度之間得到平衡，并且難以同時測凸透鏡和凹透鏡的焦距。渦旋光束是一種新型的光束，其光強呈環狀分布，具有螺旋型的波前。它的幹涉圖中包含着更多的信息量，因此在光學幹涉測量中有着很好的優勢。與使用傳統光束進行幹涉測量焦距的方法相比，使用渦旋光束不僅可以簡化處理步驟，提高測量效率，而且可以提高精度和魯棒性，有效解決了現有焦距測量方法存在的問題。
圖1. 基于渦旋光與球面波幹測量焦距的系統光路圖
該論文研究了一階的渦旋光束與球面波幹涉的幹涉特性。通過理論分析和數值仿真模拟，證明了其幹涉圖的最大光強分布符合費馬螺旋曲線，并且其螺旋系數和待測透鏡的焦距與待測透鏡到CCD成像面的距離之差相關聯。通過采集渦旋光與球面波的幹涉圖像，提取其最大光強點，在極坐标系下對這些最大光強點按照預先推導的公式進行拟合，得到螺旋系數，然後再通過遮擋光路來獲取參考光和測試光的光斑圖像，運用相關的圖像處理方法得到其光斑大小之比來計算待測透鏡的焦距。在實際實驗中測量了焦距分别為200mm和-100mm的透鏡，測量結果的誤差分别為0.0892%和0.0800%，具有較高的精确度，并且測量過程簡單，系統易于搭建，這一研究成果為高效率高精度的焦距測量需求提供了一種新的解決思路。
相關工作受到國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金項目資助。
論文鍊接：https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2024.108197