[發(fā)明專利]一種基于微光學(xué)器件的徑向剪切干涉波前探測裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710086541.4
• 申請(qǐng)日: 2017-02-17
• 公開（公告）號(hào): CN106813778A
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧乃庭;黃林海;饒長輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G01J3/447
• 分類號(hào): G01J3/447;G01J3/453
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于干涉原理的波前傳感器的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于微光學(xué)器件的徑向剪切干涉波前探測裝置。

背景技術(shù)

基于干涉原理的波前傳感器，由于其空間分辨率高、測量精度高而受到廣泛關(guān)注。典型的干涉型波前傳感器如點(diǎn)衍射干涉儀、剪切干涉儀等。其中剪切干涉儀由于光能利用率高、共光路結(jié)構(gòu)抵抗外界干擾等優(yōu)點(diǎn)，得到研究人員的大量研究。

在專利“基于四步空間相移結(jié)構(gòu)的共光路徑向剪切干涉儀”(專利申請(qǐng)?zhí)枺篊N201010034142.3)中，作者提出了一種基于四步空間偏振移相結(jié)構(gòu)的共光路徑向剪切干涉儀，成功實(shí)現(xiàn)了將徑向剪切干涉儀的剪切相位差提取與經(jīng)典四步移相算法相結(jié)合，大大簡化了傳統(tǒng)徑向剪切干涉儀的相位提取算法，提高了算法效率，且有效降低相位提取的誤差。然而，該專利中充當(dāng)四步移相器的四步空間偏振移相結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，使用的光學(xué)元器件相對(duì)較多，且調(diào)試過程繁瑣。在此背景下，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(qǐng)?zhí)枺篊N201210524041.1)中，作者提出一種基于微偏振片陣列偏振移相原理的小型化徑向剪切干涉儀，該專利成功規(guī)避了專利“基于四步空間相移結(jié)構(gòu)的共光路徑向剪切干涉儀”(專利申請(qǐng)?zhí)枺篊N201010034142.3)中的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了小型化，緊湊化，相對(duì)于之前的專利更進(jìn)了一步。然而，這種小型化的徑向剪切干涉儀在實(shí)際產(chǎn)品化的過程中任然存在一些缺點(diǎn)，主要包括微偏振片陣列工藝復(fù)雜、加工精度要求高(一般金屬線柵寬度在50-70nm，且線柵角度要求較高)、成本高、整體透過率較低(50％左右)、只能對(duì)特定波長進(jìn)行干涉，系統(tǒng)間可移植性不好等缺點(diǎn)。

基于以上背景，本發(fā)明提出基于微光學(xué)器件的新型徑向剪切干涉波前探測裝置，在保證前述發(fā)明專利所擁有的諸多優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，如共光路結(jié)構(gòu)抗環(huán)境干擾能力、結(jié)構(gòu)緊湊易于小型化、光路簡單減少誤差源等優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，采用新的基于微波片陣列的偏振移相原理，極大降低對(duì)偏振移相器件的加工尺度要求(可放寬至10-20μm)和加工精度要求(加工后定標(biāo))，克服傳統(tǒng)干涉儀只能對(duì)特定波長光譜進(jìn)行波前相位檢測的缺點(diǎn)，形成一個(gè)抗環(huán)境干擾、結(jié)構(gòu)緊湊、光譜應(yīng)用范圍寬、加工尺度較大、微光學(xué)元器件加工要求低、便于批量化生產(chǎn)的新型小型化偏振移相徑向剪切干涉波前探測裝置。本發(fā)明可應(yīng)用于自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)波前探測、光學(xué)元器件檢測、熱變形和應(yīng)力變形等領(lǐng)域，創(chuàng)新性強(qiáng)，實(shí)用性明顯。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：針對(duì)傳統(tǒng)徑向剪切干涉儀結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度高、基于金屬線柵式的微偏振片陣列工藝復(fù)雜、加工精度要求高、成本高、不利于批量化以及只能針對(duì)特定光譜探測等缺點(diǎn)，提出采用全新的基于微波片陣列和檢偏器組成的微相位調(diào)制陣列作為偏振移相器，對(duì)徑向剪切偏振光束對(duì)進(jìn)行微偏振移相，并最終利用隨機(jī)相移算法求解待測相位。該方法僅針對(duì)雙折射晶體加工像素級(jí)大小、深度不同的微結(jié)構(gòu)陣列，單元尺度大小為10-20μm級(jí)，且由于隨機(jī)相移算法的使用對(duì)深度加工精度要求不高且對(duì)較寬光譜適用，無論從加工尺度還是加工精度要求方面，加工難度、制造成本和參數(shù)要求均極大降低，應(yīng)用范圍和領(lǐng)域大大拓寬，創(chuàng)新性和實(shí)用性顯著。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：一種基于微光學(xué)器件的徑向剪切干涉波前探測裝置，包括偏振方向調(diào)制器，偏振環(huán)路徑向剪切系統(tǒng)，微相位調(diào)制陣列MPA以及光電探測器，微相位調(diào)制陣列MPA由微波片陣列和檢偏器組成，其中偏振方向調(diào)制器用于對(duì)入射待測光束偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)制，包括起偏和偏振方向調(diào)制，對(duì)于線偏振光入射時(shí)，偏振方向調(diào)制器可以采用半波片，對(duì)入射線偏振光的偏振方向進(jìn)行調(diào)整，角度調(diào)整量Δθ與入射光偏振方向和半波片快軸方向夾角θ滿足如下關(guān)系：

Δθ＝2θ(1)

當(dāng)入射光為非偏振光時(shí)，偏振方向調(diào)制器應(yīng)選擇起偏器，對(duì)入射光偏振狀態(tài)進(jìn)行調(diào)制；