[發(fā)明專利]基于同步載頻移相的干涉檢測裝置與檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210424562.X
• 申請日: 2012-10-30
• 公開（公告）號: CN102954758A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發(fā)明（設計）人: 鐘志;單明廣;郝本功;竇崢;張雅彬;刁鳴
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張宏威

1.一種基于同步載頻移相的干涉檢測裝置，它包括光源(1)，其特征在于：它還包括偏振片(2)、準直擴束系統(tǒng)(3)、第一偏振分光棱鏡(4)、待測物體(5)、第一反射鏡(6)、第二反射鏡(7)、第二偏振分光棱鏡(8)、λ/4波片(9)、矩形窗口(10)、第一傅里葉透鏡(11)、一維周期光柵(12)、第二傅里葉透鏡(13)、偏振片組(14)、圖像傳感器(15)和計算機(16)，其中λ為光源(1)發(fā)射光束的光波長，

光源(1)發(fā)射的光束經(jīng)偏振片(2)入射至準直擴束系統(tǒng)(3)的光接收面，經(jīng)該準直擴束系統(tǒng)(3)準直擴束后的出射光束入射至第一偏振分光棱鏡(4)，第一偏振分光棱鏡(4)的反射光束經(jīng)待測物體(5)后入射至第一反射鏡(6)，第一反射鏡(6)的反射光束作為物光束入射至第二偏振分光棱鏡(8)；

第一偏振分光棱鏡(4)的透射光束經(jīng)第二反射鏡(7)反射后作為參考光束入射至第二偏振分光棱鏡(8)；

匯合于第二偏振分光棱鏡(8)的物光束和參考光束經(jīng)過λ/4波片(9)和矩形窗口(10)后入射至第一傅里葉透鏡(11)，經(jīng)第一傅里葉透鏡(11)匯聚后的出射光束通過一維周期光柵(12)后入射至第二傅里葉透鏡(13)，經(jīng)第二傅里葉透鏡(13)透射后的出射光束入射至偏振片組(14)，該偏振片組(14)的出射光束由圖像傳感器(15)的光接收面接收，圖像傳感器(15)的圖像信號輸出端連接計算機(16)的圖像信號輸入端；

以第一傅里葉透鏡(11)光軸的方向為z軸方向建立xyz三維直角坐標系，所述矩形窗口(10)沿垂直于光軸的方向設置，并且沿x軸方向均分為兩個小窗口；

第一傅里葉透鏡(11)和第二傅里葉透鏡(14)的焦距均為f；

矩形窗口(10)位于第一傅里葉透鏡(11)的前焦面上；

一維周期光柵(12)位于第一傅里葉透鏡(11)的后焦f-Δf處并且位于第二傅里葉透鏡(13)的前焦f+Δf處，其中Δf為一維周期光柵(12)的離焦量，Δf大于0并且小于f；

圖像傳感器(15)位于第二傅里葉透鏡(13)的后焦面上；

一維周期光柵(12)的周期d與矩形窗口(10)沿x軸方向的長度D之間滿足關系：d＝2λf/D。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于同步載頻移相的干涉檢測裝置，其特征在于：一維周期光柵(12)為二值一維周期光柵、正弦一維周期光柵或余弦一維周期光柵。

3.根據(jù)權利要求1或2所述的基于同步載頻移相的干涉檢測裝置，其特征在于：偏振片組(14)由兩片偏振片組成，該兩片偏振片形成1×2陣列，該兩片偏振片的透光軸與x軸分別呈0°和45°。

4.根據(jù)權利要求3所述的基于同步載頻移相的干涉檢測裝置，其特征在于：λ/4波片(9)快軸與x軸呈45°。

5.根據(jù)權利要求1或4所述的基于同步載頻移相的干涉檢測裝置，其特征在于：偏振片(2)的透光軸與x軸呈45°。

6.一種基于權利要求1所述基于同步載頻移相的干涉檢測裝置的檢測方法，其特征在于：它的實現(xiàn)過程如下：

打開光源(1)，使光源(1)發(fā)射的光束經(jīng)偏振片(2)和準直擴束系統(tǒng)(3)的準直擴束后形成線偏振光，該線偏振光通過第一偏振分光棱鏡(4)后分成物光束和參考光束；

匯合于第二偏振分光棱鏡(8)的物光束和參考光束通過λ/4波片(9)和矩形窗口(10)后，再依次經(jīng)過第一傅里葉透鏡(11)、一維周期光柵(12)、第二傅里葉透鏡(13)和偏振片組(14)后，在圖像傳感器(15)平面上產生干涉圖樣，

將計算機(16)采集獲得的干涉圖樣根據(jù)矩形窗口(10)的小窗口的尺寸分割獲得兩幅干涉圖樣，通過計算得到待測物體(5)的相位分布

其中，O′為待測物體的復振幅分布，Im()表示取虛部，Re()表示取實部，

O′＝FT^-1{FT{(I₁-I₂)·R_E}·H_W}，

其中，F(xiàn)T表示傅里葉變換，F(xiàn)T^-1表示逆傅里葉變換，H_W為低通濾波的傳遞函數(shù)，R_E為根據(jù)一維周期光柵(12)的離焦量Δf，得到的數(shù)字參考波R_E(x，y)：

R_E(x，y)＝exp(-i2πxΔf/f/d)，

I₁為由偏振片組(14)中一片偏振片濾波得到的干涉圖強度分布，該偏振片的透光軸與x軸呈0°，I₂為由偏振片組(14)中另一片偏振片濾波得到的干涉圖強度分布，該另一片偏振片的透光軸與x軸呈45°，

I₁(x，y)＝|R|²+|O|²+R^*O+RO^*，

I₂(x，y)＝|R|²+|O|²+exp(-iα)R^*O+exp(iα)RO^*，

其中，R表示參考光，R^*表示R的復共軛，O表示物光，O^*表示O的復共軛，α＝π/2為載波相移量。