[發明專利]四波前橫向剪切干涉波前傳感器的靈敏度增強裝置及方法

有效

• 申請號: 201611205317.4
• 申請日: 2016-12-23
• 公開（公告）號: CN106767391B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 楊甬英;張銳;江佳斌;凌曈
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 葉志堅

本發明公開了一種四波前橫向剪切干涉波前傳感器的靈敏度增強裝置及方法。本發明在單個四波前橫向剪切干涉波前傳感器的基礎上，將待測光束分為兩束后再增加一個四波前橫向剪切干涉波前傳感器，分別調節兩波前傳感器中光柵與探測器之間的距離使相應剪切率組合滿足靈敏度增強條件，實現了大剪切率情況下利用傅里葉變換位相重建技術的高分辨率高靈敏度檢測。本發明的優點在于解決了傳統四波前橫向剪切干涉系統在大剪切率情況下采用傅里葉變換位相重建技術時由于頻譜泄漏效應導致解調出的波前位相存在周期性振蕩誤差的問題，通過組合剪切率來消除相對靈敏度為零的區域，補足頻譜中周期性缺失的信息，相對于傳統干涉儀提高了測量靈敏度。

技術領域

本發明涉及一種四波前橫向剪切干涉波前傳感器的靈敏度增強裝置及方法。

背景技術

干涉顯微技術通過檢測光束通過待測元件后的波前畸變重構出待測元件的波前差、面形、缺陷等信息。傳統方法有數字全息顯微、衍射相位顯微等，這些技術都是基于馬赫曾德干涉儀或者點衍射干涉技術。而馬赫曾德干涉儀的檢測精度很大程度上取決于參考平板的質量，點衍射干涉儀的檢測精度與針孔的質量有關。除此之外，傳統方法的檢測裝置往往都很大，不易對光束進行校準。四波前橫向剪切干涉儀包括交叉光柵橫向剪切干涉儀、改進的哈特曼模版波前傳感器以及隨機編碼混合光柵波前傳感器，與傳統方法相比具有結構緊湊，系統裝調簡單，屬于自干涉沒有參考平面帶來的誤差，共路干涉抗外界環境干擾能力強等優點。

對于光學系統像差的檢測，可以采用傅立葉變化法結合差分澤尼克多項式擬合技術來實現波前的重構，去除了高頻信息。對于表面微觀輪廓、生物細胞等位相檢測，其表現為高頻信息，因此就要采用傅里葉變換法結合最小二乘技術而不能采用差分澤尼克多項式擬合的方法。該方法相對于傳統泰曼格林干涉系統的檢測靈敏度可表示為其中s表示剪切率。雖然在大多數區域相對靈敏度值σ都大于1，當u＝m/s,v＝n/s,(m,n∈N)時，對應的相對靈敏度為零，零點附近區域的相對靈敏度都將小于1，這些位置由于頻譜泄漏效應，導致重構波前具有周期性振蕩誤差。采用兩個不同剪切率的隨機編碼混合光柵波前傳感器，其相對靈敏度為其中s'表示第二個剪切率。通過兩個剪切率組合可以極大程度的消除相對靈敏度小于1的區域，消除周期性振蕩誤差，提高測量靈敏度和檢測精度。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提出了一種四波前橫向剪切干涉波前傳感器的靈敏度增強裝置及方法。

四波前橫向剪切干涉波前傳感器的靈敏度增強裝置，包括分光棱鏡(S1)、第一四波前橫向剪切干涉波前傳感器(S2)、反射鏡(S3)、第二四波前橫向剪切干涉波前傳感器(S4)；其中第一四波前橫向剪切干涉波前傳感器(S2)和第二四波前橫向剪切干涉波前傳感器(S4)置于等光程位置，分光棱鏡(S1)以及第一四波前橫向剪切干涉波前傳感器(S2)在第一條光路中順序排列；分光棱鏡(S1)、反射鏡(S3)以及第二四波前橫向剪切干涉波前傳感器(S4)在第二條光路中順序排列。

所述的四波前橫向剪切干涉波前傳感器為隨機編碼混合光柵波前傳感器。

四波前橫向剪切干涉波前傳感器的靈敏度增強裝置的實現方法，包括如下步驟：

步驟(1)調節第一四波前橫向剪切干涉波前傳感器(S2)和第二四波前橫向剪切干涉波前傳感器(S4)使得兩波前傳感器的探測器位于等光程位置；

步驟(2)分別調節第一四波前橫向剪切干涉波前傳感器(S2)和第二四波前橫向剪切干涉波前傳感器(S4)中隨機編碼混合光柵與探測器感光面之間的距離，以得到不同的剪切率；

步驟(3)分別調節第一四波前橫向剪切干涉波前傳感器(S2)和第二四波前橫向剪切干涉波前傳感器(S4)的相對水平位置和俯仰角，以得到的兩張空間位置重合的四波前橫向剪切干涉圖。

步驟(4)對兩幅不同剪切率的四波前橫向剪切干涉圖采用組合剪切率傅里葉變換波前位相解調算法進行解調，包括如下步驟：