[發明專利]基于偏振相移原理的環路徑向剪切N步相移干涉儀

有效

• 申請號: 201410213399.1
• 申請日: 2014-05-21
• 公開（公告）號: CN103968961B
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 李大海;章辰;邱佳琪;趙光遠;王瓊華
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01J9/02
• 分類號: G01J9/02;G02B27/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種環路徑向剪切干涉術(CRSI,Cyclic Radial Shearing Interferometry)進行光束或光學元件產生的波前檢測的技術領域，特別是一種基于偏振相移原理的環路徑向剪切N步相移干涉儀。

背景技術

基于干涉原理測量波前相位的波前傳感器，由于其空間分辨率高、測量精度高而受廣泛關注。典型的干涉型波前傳感器有剪切干涉儀、點衍射干涉儀等。

點衍射干涉儀作為一種可直接復原波前相位的波前傳感器，在自適應光學系統中得到了廣泛的應用(Optics Express.15(21):13745-13756)。但是，由于其光路中采用了針孔濾波器，降低了系統的光能利用率，從而使獲得的干涉條紋對比度不高，限制了干涉儀的波前檢測范圍和精度。

剪切干涉儀在應用中分為橫向剪切干涉儀和徑向剪切干涉儀。其中，橫向剪切干涉儀在測量波前時需要獲取不同剪切量的多幀剪切干涉條紋圖，因此，對環境擾動很敏感，對波前復原算法要求高。徑向剪切干涉儀通過對被測光束進行擴大與縮小，使兩光束產生徑向剪切干涉從而求解出被測波前相位，在原理上不存在橫向剪切干涉遇到的困難。

1964年，Murty提出的環路徑向剪切干涉系統(Appl.Opt.1964,3(7):853-857)采用共光路結構、無需專門參考光路，使其能得到穩定的干涉條紋，對環境要求低、測量精度高，從而得到了廣泛的應用。對該系統獲取干涉條紋后復原波前的常用方法是在剪切光束中引入載波干涉條紋，通過傅里葉變換法進行求解。由于傅里葉變換法的邊界效應，限制了波前復原的測量精度和測量的動態范圍。

在專利“基于四步空間相移的共光路徑向剪切干涉儀”(專利申請號：201010034142.3)和專利“一種基于四步移相原理的小型化徑向剪切干涉儀”(專利申請號：201210524041.1)中，采用的四步相移結構將剪切相位差提取與四步相移算法結合，簡化了相位提取算法，提高了算法效率。但是，由于該結構產生的四幅相移干涉條紋圖的四組光路經過的是光學元件的不同部位，將會造成分光不均勻、相移不準確等問題，從而影響其測量精度。此外，專利“基于四步空間相移的共光路徑向剪切干涉儀”(專利申請號：201010034142.3)中的四步空間相移結構復雜、器件繁多，給裝調過程增加了難度。

基于偏振相移原理的環路徑向剪切N步相移干涉儀在以上背景技術的基礎上，采用環路徑向剪切技術，避免了由針孔濾波器導致的光能利用率低和干涉條紋對比度低的問題。同時，環路徑向剪切的共光路特點降低了系統受環境擾動的影響。通過旋轉檢偏器的偏振方向角度，可以實現N步相移。將相移與干涉相結合的同時，保證了光路一致的光學特性，從而減少了誤差來源，提高了測量精度。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種偏振相移式徑向剪切干涉儀實現波前檢測和波前復原。針對傳統徑向剪切干涉儀相位提取算法復雜、相位提取難度高、相位提取精度較低等缺點，通過引入偏振片、波片和偏振分束棱鏡等偏振器件，利用N步相移算法，有效的克服了原有技術的缺點。另外，可以通過偏振調制的方法獲得最大的干涉條紋對比度，進一步保證波前檢測的精度。本干涉儀很好地融合了共光路、偏振調制、徑向剪切干涉和N步相移波前復原技術各自的優勢，具有光能利用率高、干涉條紋對比度高、抗環境振動能力強、裝調簡單、波前測量精度高和波前復原計算簡單快速等特點。

本發明要解決上述技術問題采用的技術方案是：基于偏振相移原理的環路徑向剪切N步相移干涉儀包括：偏振分束棱鏡PBS₁、1/2波片HW、偏振分束棱鏡PBS₂、透鏡L₁和L₂、反射鏡M₁和M₂、1/4波片QW、檢偏器P、光電耦合器件CCD以及計算機組成。其中偏振分束棱鏡PBS₁和1/2波片HW組成偏振調制系統；偏振分束棱鏡PBS₂、透鏡L₁和L₂、反射鏡M₁和M₂組成環路徑向剪切系統，其中透鏡L₁和L₂的焦距分別為f₁和f₂，且f₁≠f₂；1/4波片QW和檢偏器P組成N步相移系統；光電耦合器件CCD和計算機組成成像系統。