[發明專利]一種基于四步移相原理的小型化徑向剪切干涉儀

有效

• 申請號: 201210524041.1
• 申請日: 2012-12-09
• 公開（公告）號: CN102967378A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 顧乃庭;饒長輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01J9/02
• 分類號: G01J9/02;G02B27/28
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明

1.一種基于四步移相原理的小型化徑向剪切干涉儀，其特征在于，包括：起偏器（P1），偏振分光棱鏡（PBS），由焦距分別為f₁和f₂的第一透鏡（L1）和第二透鏡（L2），以及第一反射鏡（M1）和第二反射鏡（M2）組成的縮束或擴束系統，1/4波片（QW），二元微偏振片陣列（PM）和光敏器件CCD相機；其中f₁≠f₂；

畸變光束（W）進入基于四步移相原理的小型化徑向剪切干涉儀后，首先經過起偏器(P1)后被偏振分光棱鏡(PBS)分成偏振方向沿水平方向的反射光束和偏振方向沿豎直方向的透射光束，偏振方向沿水平方向的反射光束經過第一透鏡（L1）、第一反射鏡（M1）、第二反射鏡（M2）以及第二透鏡（L2）后，最終被偏振分光棱鏡（PBS）再次反射，其光束口徑被相應縮小或擴大；設入射光束口徑為D₀，則縮束或擴束后光束口徑為D₁，且D₁=D₀×f₂/f₁；同樣，偏振方向沿豎直方向的透射光束經過第二透鏡（L2）、第二反射鏡（M2）、第一反射鏡（M1）以及第一透鏡（L1）后，最終被偏振分光棱鏡（PBS）再次透射，其光束口徑被相應擴大或縮小；擴束或縮束后光束口徑為D₂，且滿足D₂=D₀×f₁/f₂；這樣，包含畸變波前相位分布的光束入射到由偏振分光棱鏡（PBS）和縮擴束系統后，形成兩束同光軸、偏振方向分別沿水平和垂直方向的光束對，共同進入快軸沿45°方向的1/4波片和由微偏振片陣列組成的相位掩模板中，并最終投射到CCD相機的光敏面上；其中，微偏振片陣列是由一系列大小與CCD相機像元大小相同的微偏振片組成，相鄰四個像元對應的四個微偏振片的起偏角分別為0°、45°、90°和135°；根據偏振移相原理，四個相鄰像元之間的相移量分別對應為0，π/2、π和3π/2，根據四步移相算法，即能夠計算出對應位置的相位值，依次類推，可以從探測到的單幀干涉圖中提取出徑向剪切相位差分布。

2.根據權利要求1所述的基于四步移相原理的小型化徑向剪切干涉儀，其特征在于：對波前測量無需絕對平面作為參考，僅以待測光束自身局部區域為參考，回避絕對平面參考鏡加工誤差等引入的波前測量誤差。

3.根據權利要求1所述的基于四步移相原理的小型化徑向剪切干涉儀，其特征在于：全光路采用共光路結構，保證該結構對外界干擾的免疫能力。

4.根據權利要求1所述的基于四步移相原理的小型化徑向剪切干涉儀，其特征在于：對應于CCD探測器件單個像元上探測到的干涉圖，其干涉對比度可以通過起偏器（P1）的角度進行調節。

5.根據權利要求1所述的基于四步移相原理的小型化徑向剪切干涉儀，其特征在于：干涉圖采集僅需要一個光電探測器件，從干涉圖中提取出的相位差空間分辨力與光電探測的探測單元數有關，對應有效探測單元越多，其空間分辨力也越高。

6.根據權利要求1所述的基于四步移相原理的小型化徑向剪切干涉儀，其特征在于：單個微偏振片大小不僅能夠對應于單個光電探測器單元，也能夠對應任意個光電探測器單元。

7.根據權利要求1所述的基于四步移相原理的小型化徑向剪切干涉儀，其特征在于：所述的縮束或擴束系統中透鏡組合第一透鏡（L1）和第二透鏡（L2），用共焦點在透鏡同一側的正-負透鏡組成，或者用共焦點在兩透鏡之間的正-正透鏡組成。

8.根據權利要求7所述的基于四步移相原理的小型化徑向剪切干涉儀，其特征在于：所述的徑向剪切干涉儀徑向剪切比由第一透鏡（L1）和第二透鏡（L2）的焦距大小決定。

9.根據權利要求1所述的基于四步移相原理的小型化徑向剪切干涉儀，其特征在于：從M×N個像元數的光電探測器的測量數據中，提取出的剪切相位差分布空間分辨率可以達到(M-2)×(N-2)。