實驗光學相位測量
關注創建者：墨光科技 創建時間：2020-04-15
實驗光學相位測量的實例教程
精確測量是科學和技術的核心，如何使探測系統達到最精度能是一個重要的基本問題。由于物理源基本是是量子化的，因此量子物理學決定了可以實現的最終精度。相關量子源，例如糾纏狀態，在測量中可以提供比獨立使用量子系統更強的精度。量子增強光學相位估計有望改進目前使用干涉測量的所有測量精度。這種光學量子計量可以分為兩個不同的任務。在相位檢測中，一個非常具體的情況是確定關于已經眾所周知的相位中的小偏差。原則上，使用最大路徑糾纏的NOON狀態可以為該任務提供最佳靈敏度。更具挑戰性的任務是相位測量，有時稱為初始相位測量，目的是在沒有關于其值的先驗信息的情況下確定未知相位φ。在這種情況下，使用光學相移自適應量子測量，或糾纏自適應量子測量的多次通過方法，已經證明能夠超過散粒噪聲限制（SNL）。SNL表示通過一定數量光子相移的N個獨立樣本可實現的最小方差。相位測量方案不限于光學方法：例如，等效技術還使用在由磁場引起的單NV中心疊加態的相移測量上。
圖1 光學相位測量概念。a，用于估計未知相位φ的基本干涉設置；b，高級干涉儀的概念方案，其包括多次（p）通過的相移φ和參考臂中可控相位θ的；c，b中所示干涉儀的量子電路表示；d，用于N = 3源的海森堡極限干涉相位估計的量子電路。原則上，該協議可擴展到更高的N；e，用于制備最佳狀態的量子電路。
一開始光學相位測量的任務就是完全估計未知的相位，在具有開銷因子的情況下，已經通過實驗證明其精度超出了SNL，甚至達到了最終界限，海森堡極限（HL）。然而，現有的方法甚至在原理上都不能達到最佳可能的精度，從而精確地飽和HL。近日，格里菲斯大學的科學家演示了一種解決量子計量學的一個懸而未決的基本問題的技術：如何在最佳的HL上測量相位？它們提出了一個具體的方法來實現以前在理論上提出的概念方案，并實施實驗。
展開 4.3 人眼類比揭示的核心價值
將威睛技術體系與人眼光學系統進行并置，可清晰看見其更深層的產業意義：
威睛光學所構建的，不是一個簡單的產業升級工具，而是一個以“仿生”謀“原創”的基石型平臺。 它以“相位調制”為核心的科學原理，利用工程材料構建了一套從硬件到算法的、超越生命體光學極限的高保真視覺體系。在AI時代，這一體系為所有需“像人一樣、甚至比人更準確”的判斷提供堅實的數據“真相”，定義出“看得準”的最高行業基準。這正是威睛真正稀缺且不可替代的核心資產。
第五章 產業深水區：從國防安全到精密制造的“光學真相”應用版圖
5.1 國防安全：極端環境下的相位信息保真
在國防安全領域，成像系統往往需要在最極端的條件下工作——劇烈的震動、寬范圍的溫度變化、從近距到無窮遠的快速目標切換。傳統機械對焦系統在這些場景中暴露出明顯的脆弱性：馬達可能卡死、鏡組可能移位、校準可能漂移。
威睛光學的相位調制方案，以無機械移動部件的大景深成像能力，從根本上解決了這一問題。其擴景深無焦點相機、激光測照器、導引頭、制冷與非制冷紅外熱成像相機等產品，能夠在無需任何機械對焦的前提下，在大范圍內保持恒定的成像質量。這對于需要在高速飛行中鎖定目標、在劇烈震動中保持清晰視野的國防裝備而言，是不可替代的核心能力。
國防應用不僅驗證了技術的極端可靠性，更為威睛建立起一套完整的“高可靠性工程驗證數據庫”——這是任何實驗室測試無法替代的寶貴資產。
5.2 工業檢測：精密物理測量的剛性需求
現代精密制造對機器視覺的需求正在發生質的躍遷。過去，機器視覺主要用于“判斷”——這個零件是好是壞？這個標簽貼歪了沒有？但如今，越來越多的場景需要的是“精密測量”——這個結構的尺寸與標準值差了0.001毫米嗎？
展開 與傳統折射/反射光學元件不同，這種元件的設計理念通過光學幾何相位或PB相位（Pancharatnam–Berry phase）來實現，即液晶分子的二維空間有序排布（圖2）。液晶材料是一種具有單軸光學各向異性的材料，具有相對較高的雙折射率（Δn≈0.2），通過高分辨圖案化液晶配向技術（例如光配向）控制液晶分子的取向，可實現復雜相位波前，在數個微米厚度內高效操控光場，實現各種光學功能，不涉及顯影、蝕刻等結構轉移步驟，被譽為第四代光學技術。
圖1 （a）傳統光學元件，（b）液晶聚合物平面透鏡
圖2基于PB相位液晶元器件中液晶分子的指向矢分布。(a)透鏡，(b)光柵，(c)液晶分子從0到2π變化，對應相位在0到4π之間變化，在2π位置由于液晶分子自組裝作用，不存在相位突變。
圖3 基于液晶聚合物的平面光學元件制備流程
基于幾何相位的液晶超表面器件，利用液晶分子在平面內0-180°指向變化，來控制光學波前0-2π相位變化，從而實現復雜光學相位器件（圖2）。該新型光學元器件的制備流程由圖3中給出，主要包括旋涂偏振光敏薄膜、圖案化偏振曝光、灌注液晶（LC）或者涂敷液晶聚合物（LCP）材料，即可完成主動可控的液晶光子器件或者耐用薄膜液晶聚合物光子器件，其中器件效率通過半波延遲量來控制。幾何相位液晶平面光學有以下特點：
輕薄、易集成：液晶或者液晶聚合物材料具有相對較高的雙折射率(約0.15)，僅需<2 um的厚度即可滿足可見光至近紅外器件的半波延遲需求。液晶聚合物薄膜可通過層壓、膠粘等工藝與多種光學元件進行對準集成。
分子指向電場可控，便于面向主動光學器件應用。
展開 1.實驗概述
雙縫菲涅爾衍射的原理與夫瑯禾費相同，不同之處僅為菲涅爾衍射用到的光源為點光源，且實際實驗觀測時不需要使用透鏡，僅需在有限遠處放置光屏或觀測相機即可，雙縫菲涅爾衍射示意圖如下：
雙縫干涉將產生等間距的干涉條紋
屏上各條明紋中心的位置為：
屏上各條暗紋中心的位置為：
2.使用VirutalLab Fusion建模仿真
圖1.在軟件中搭建實驗光路
圖2.軟件中的仿真結果
3.實驗教具中的實驗搭建
圖1.實驗教具光路搭建
圖2.實驗教具結果
4.實驗總結
雙縫干涉實驗是光學專業必不可少的一項實驗，為了幫助學習和理解，我們可以在VirtualLab Fusion軟件中輕易地搭建并仿真出來，同時實驗教具的籠式結構也能幫助實驗者快速搭建光路，獲取實驗現象。
展開 1.降低總體擁有成本
基于FBG技術的光學傳感器可以通過同一根光纖串聯起來，利用不同波長傳感器的復用能力。此外，如果測量原理相同，還可以連接測量不同參數的傳感器。這樣，一臺光學解調儀就可以同時采集數百個傳感器，從而大大降低了每個測量點的成本。工廠預裝的系列傳感器不僅減少了所需的布線量，還大大減少了安裝時間和現場連接的需要。FBG傳感器可提供長時間的精確和絕對測量。與其他一些傳感器不同的是，它們無需重新校準，隨時間的推移也不會出現零漂移。
2.匹配新材料
新材料越來越強，結構越來越輕。串聯式傳感器連接最大程度地降低了布線的復雜性，從而減輕了重量，簡化了傳感網絡，即使傳感器數量較多也不例外。由于 FBG 傳感器體積小、重量輕，因此可以嵌入創新結構使用的復合材料中。它們可以承受高應變，具有極高的疲勞極限，因此適合用于航空、航天和其他行業的新材料。
3.訪問遠程地點
利用光學傳感器技術，距離和線纜長度不會影響測試結果。即使您的數據采集系統位于距離測量點數公里之外的地方，您仍然可以依靠高質量的測量結果。
4.在危險區域運行
由于該技術完全是被動式的，傳感器無需主動供電，這意味著它們可以在爆炸區域使用，而不會有任何風險。它們還非常適合高壓環境，因為信號不會受到電磁干擾，而且傳感器可以是非導電的。它們的穩健性超出了安全方面的考慮。在近海結構、液壓管線或船體等潮濕、鹽分和高壓交織的惡劣環境中，基于 FBG 的測量仍能保持穩定可靠，是潮濕和海洋應用的理想之選。
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實驗光學相位測量的最新內容
文章轉載自：中關村通力科服
威睛光學，就是人眼中的“晶狀體”與“大腦視皮層”——既承擔動態相位調制的光學編碼，又執行神經計算的光電解碼，為AI時代機器視覺的每一次判斷，奠定“所見即所得、所得即真相”的物理基石。
摘要
在AI與機器視覺狂飆突進的時代，一個根本性追問被長期懸置：當算法越來越“聰明”，它賴以判斷的原始數據——光子攜帶的物理信息——是否足夠“誠實”？威睛光學給出了獨有的答案
基于橢圓偏振法的光學薄膜測量1個月前
橢圓偏振分析器
在最新發布的快速物理光學軟件VirtualLab Fusion 2023.1中，橢圓偏振分析器已被添加到該軟件不斷增加的功能陣列中。它提供了一個簡單明了的方法，通過在模擬產生的電磁場結果上應用橢圓偏振的概念來研究涂層、多層結構和光柵的特性。此外，它還提供了在分析儀內自動掃描波長和入射角的可能性，從而方便地生成典型的橢圓偏振曲線
橢圓偏振法是一種光學測量方法，它利用了光在被表面反射（或透過）時發生的偏振變化，例如塊狀材料或薄膜。隨著時間的推移，它在半導體和光學涂層應用中得到了普及，因為與傳統的反射測量相比，它的靈敏度更高。 因此，橢圓偏振法現在被用來準確地表征不同樣品的成分、粗糙度、厚度、結晶特性、導電性和其他材料特性。
在最新發布的快速物理光學軟件VirtualLab Fusion 2023.1中，橢圓偏振分析器已被添加到該軟件不斷增加的功能陣列中
高精度試驗T型槽平臺：三坐標測量與光學檢測專用定點基準臺
在制造檢測領域，三坐標測量與光學檢測是保障產品尺寸精度的核心手段，而高精度試驗T型槽平臺作為專用定點基準臺，其精度穩定性與定點可靠性直接決定檢3個月前
新能源汽車試驗T型槽平臺：電池包碰撞與電機耐久測試專用方案
在新能源汽車研發與質檢領域，電池包碰撞測試與電機耐久測試是評估核心部件安全性與可靠性的關鍵環節。新能源汽車試驗T型槽平臺作為測試的核心基準載體，其結構設計與性能參數直接決定測試數據的性與測試過程的安全性。本文結合新能源汽車試驗平臺、電池包測試專用T型槽、電機耐久試驗基準臺等高頻關鍵詞，針對性解析適配電池包碰撞與電機耐久測試的專用方案
引言
在高速列車、航空航天、船舶制造等高端裝備領域，大型階梯軸作為核心傳動部件，其直徑測量精度直接決定了裝備的裝配精度與運行可靠性。傳統測量方法受限于接觸式干擾、環境敏感性等問題，難以滿足現代工業對高精度、高效率測量的需求。光學成像測量法憑借非接觸、抗干擾強等優勢成為主流選擇，但透鏡裝配偏心導致的光軸不重合、測量誤差大等技術瓶頸，長期制約著測量精度的提升。長春理工大學段潔副教授團隊基于Zemax
用于光學測量的菲索干涉儀6個月前
斐索干涉儀是工業中常見的光學計量設備，它們通常用于光學表面質量的高精度測試。 借助VirtualLab Fusion中的非順序追跡，我們構建了一個菲索干涉儀，并利用它測試了不同的光學表面，例如圓柱形和球形。 可以看出，產生的干涉條紋對表面輪廓具有敏感性。
摘要
光學計量學是精確測量的重要技術。例如，它經常被用于表面測試，因此在質量控制中發揮著重要作用。VirtualLab Fusion可以幫助您對各種類型干涉儀進行建模，并將不同的光學表面和系統部件、甚至是傾斜和位移等對準錯誤都包含在模擬中。我們以兩個廣泛使用的干涉儀--Mach-Zehnder型和Fizeau型為例進行演示。
Mach-Zehnder干涉儀
人們一直在追求用于使光通信和數據傳輸的信息量越來越大的能力。一種方法是使用具有軌道角動量(OAM)的光束，例如，可以用螺旋相位板產生這種光束。與其產生相對應的是，OAM的測量，即信息的解碼，同樣重要。遵循M.P.J.Lavery等人的概念，我們演示了如何在VirtualLab Fusion中使用兩個自定義的自由曲面光學元件來測量OAM。
用自由曲面光學元件測量軌道角動量
呂依穎
（棗莊學院 光電工程學院，山東 棗莊 277160）
摘要：仿真模擬軟件的使用在光學研究中具有非常重要的意義。本文介紹了最新的光學建模與分析軟件VirtualLab，通過其在光學理論和實驗中的應用舉例，模擬了單縫衍射現象，邁克耳遜干涉儀實驗裝置和雙折射晶體產生的偏振現象，并探討了該軟件在設計型實驗中的應用。
關鍵詞：光學實驗；virtualLab仿真；衍射;邁克爾遜干涉實驗；偏振現象
呂依穎
（棗莊學院 光電工程學院，山東 棗莊 277160）
摘要：仿真模擬軟件的使用在光學研究中具有非常重要的意義。本文介紹了最新的光學建模與分析軟件VirtualL ab，通過其在光學理論和實驗中的應用舉例，模擬了單縫衍射現象，邁克耳遜干涉儀實驗裝置和雙折射晶體產生的偏 振現象，并探討了該軟件在設計型實驗中的應用。
關鍵詞：光學實驗；virtualLab仿真；
