[發明專利]使用棱鏡分光的共光路點衍射同步移相干涉測試裝置

有效

• 申請號: 201610071045.7
• 申請日: 2016-02-01
• 公開（公告）號: CN107024338B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 周翔;蔣超;郭仁慧;張輝欽;鄭東暉;陳磊;李建欣;何勇
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱沉雁

本發明公開了一種使用棱鏡分光的共光路點衍射同步移相干涉測試裝置，包括沿光路依次設置的測試光路、4f系統光路、分光光路和移相光路。測試光路包括共光軸依次設置的激光器、擴束系統和被測樣品，獲得被測信息；4f系統光路包括兩組分別位于干涉系統兩臂的傅里葉透鏡和反射鏡，線偏振小孔衍射板設置在兩個傅里葉透鏡的共同焦點處，獲得參考光和測試光；分光光路包括λ/4波片和三個分光棱鏡組，將參考光和測試光等光程地分為四束；移相光路包括共光軸依次設置的縮束系統、偏振陣列和探測器，將光線縮束后用探測器接收，形成四幅干涉圖像。本發明利用小孔形成球面波，測量精度高，并且為共光路系統，結構緊湊，抗振性好。

技術領域

本發明涉及光干涉計量測試領域，特別是一種使用棱鏡分光的共光路點衍射同步移相干涉測試裝置。

背景技術

點衍射干涉儀（Point Diffraction Interferometer，PDI）是Smartt在1972年提出的，其基本原理為帶有被測信息的會聚波通過一個直徑約為數個波長（小于艾里斑直徑）的小孔之后，會發生衍射，形成一個近似標準的球面波，可作為干涉測試中的參考光，用來代替傳統干涉儀中由標準球面鏡產生的參考球面波。

移相干涉測量技術是指通過對干涉場的調制產生移相，再由所采集到的若干幅移相干涉圖像利用一定算法，恢復待測物理量的一項測量技術。利用移相技術，可以通過干涉圖之間簡單的點對點計算來復原相位，不需要定位條紋中心，也不需要利用插值等算法擬合相位，因此移相干涉技術顯著提高了干涉測量的精度和自動化程度。移相方式可以分為時域移相和空域移相。相對于時域移相，空域移相（即同步移相）的干涉測量技術可以很好的減輕環境振動和空氣擾動對干涉測量的影響，提高測量的準確性和穩定性。

在先前的研究中，Robert M. Neal和James C. Wyant提出了一種基于偏振移相的點衍射干涉測量裝置（Robert M. Neal and James C. Wyant, Polarization phase-shifting point-diffraction interferometer, Appl. Opt. 45, 3463-3476 (2006)），該裝置利用偏振方法來分開參考光和測試光，具有結構緊湊、易于裝調的優點。該裝置中對點衍射板進行了重新設計，可使參考光和測試光具有正交的偏振態，用線偏振器移相。不過該裝置的偏振移相并不是同時產生的，特別是高速測量中會產生較大誤差。

在先前的研究中，Daodang Wang等人提出了一種利用光纖實現點衍射干涉的測量方法（Daodang Wang, Xixi Chen, Yangbo Xu, Fumin Wang, Ming Kong, Jun Zhao, andBaowu Zhang, High-NA fiber point-diffraction interferometer for three-dimensional coordinate measurement, Opt. Express 22, 25550-25559 (2014)），該方法將參考光和測試光耦合進光纖中，并通過光纖出射參考波面與測試波面相干涉獲得干涉圖像。該裝置優點在于光纖在光纖中傳輸可以有效減少環境振動和空氣擾動的影響，但該方法的移相需要通過放置在被測鏡后面的PZT實現，因此會產生較大的移相誤差，且無法實現高速測量。

在先前的研究中，Natan T. Shaked提出了一種基于點衍射干涉儀的相位顯微鏡（Natan T. Shaked, Quantitative phase microscopy of biological samples usinga portable interferometer, Opt. Lett. 37, 2016-2018 (2012)）。該方法的干涉結構是一個基于邁克爾遜干涉儀的4f系統，因此參考光與測試光相互分開。相對于共光路的干涉系統，該方法容易受到環境振動和空氣擾動的影響，出現測量誤差。

發明內容