[發明專利]基于液晶計算全息圖的同步移相干涉測量系統及方法

有效

• 申請號: 201710235095.9
• 申請日: 2017-04-12
• 公開（公告）號: CN106949853B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 胡搖;朱秋東;郝群;王劭溥
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B9/023
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 毛燕

本發明公開的一種基于液晶CGH的同步移相干涉測量系統和方法，屬于光學測量領域。基于液晶CGH的同步移相干涉測量系統包括正交偏振激光器、擴束系統、分光鏡、參考鏡、液晶CGH、待測非球面、偏振分光棱鏡、面陣探測器。液晶CGH是由取向正交的液晶分子不同區域間隔排列產生的位相光柵，有兩方面作用，其一是補償被測面像差，完成零補償干涉測量；其二是配合正交偏振激光完成π相位移相，結合偏振分光棱鏡完成分光，實現空間同步移相干涉測量。本發明還公開用于所述的測量系統的一種基于液晶CGH的同步移相干涉測量方法。本發明利用液晶CGH同時完成補償被測面像差和偏振移相的功能，進而實現精簡空間同步移相干涉光路結構，具有系統簡潔、抗干擾能力強、測量精度高的優點。

技術領域

本發明涉及一種基于液晶計算全息圖的同步移相干涉測量系統及方法，屬于光學測量領域。

背景技術

光學元件和光學系統在天文觀測、空間和地基空間目標探測與識別、激光大氣傳輸和慣性約束聚變等國防科技領域，以及特種眼鏡、照明系統、投影顯示等民用領域得到廣泛的應用。光學設計水平的提高、光學及機械表面加工技術的改進都促使光學系統的性能大幅提升，整體更新換代的現象并不少見。光學面形的高精度檢測是光學元件制造和光學系統裝調的基礎和前提，不同領域光學系統的發展，對光學面形檢測提出了多方面的嚴格要求，成為超精密制造加工技術進一步發展需要滿足的先決條件。總結科技領域對光學面形檢測需求，有如下突出特點：(1)球面、非球面乃至自由曲面，被測面形復雜；(2)大口徑元件以及復雜環境下高精度測量需要提高系統抗振能力。

鑒于目前的加工技術和應用需求，高精度光學面形檢測方法目前主要分成三大類：接觸測量、半接觸測量和干涉測量。其中干涉測量因其具有非接觸、全場測量速度快、測量精度高等優點，得到廣泛應用。目前針對復雜面形的干涉測量方法有很多，但主要方法可分為兩類：非零干涉檢測法和零干涉檢測法。

非零干涉檢測法主要包括子孔徑拼接法、亞奈奎斯特采樣法、傾斜波測量法、部分補償法、雙波長測量法、剪切干涉法等。它不要求通過部分補償器后的光線完全補償待測面的法線像差，可有部分像差余量。由于補償之后系統允許存在較大的波像差，因此部分補償法降低了對補償器的要求，從而降低了補償鏡的設計、加工難度以及制造成本。但相應的，因為允許存在部分剩余波像差，導致非零干涉裝調難度增大，同時回程誤差的存在也會降低測量精度，使其較零干涉測量精度較低。

零干涉檢測法的實質是借助補償器作為輔助光學元件，把平面波或球面波前轉換為與被測面的理論形狀重合的波前，即通過補償鏡來補償被測面的法線像差。零檢測法的關鍵元件是補償器。計算全息圖(CGH)補償器作為一種基于光刻技術的補償器，正逐步取代傳統零補償鏡的地位，成為最常用的零補償元件。CGH所記錄信息方式的區別可以分為兩類：一種是振幅型全息，另一種是位相型全息。當前基于光刻技術的石英基底振幅型CGH雖加工精度較高，但受原理限制其衍射效率低；位相型CGH衍射效率較高，但工藝復雜，誤差來源多，線寬和精度受到一定限制。

另一方面，為了解決環境振動對傳統機械移相干涉測量精度的影響，還可采用空間同步移相和波長移相等。空間同步移相干涉測量技術基本原理是同一時刻于不同空間位置采集具有一定相位差的干涉圖，因此光路結構一般具有三個或者三個以上的移相單元，在每一個單元里面引入不同的相移量。現有空間同步移相干涉方法為了實現空間分光、移相等功能，往往需要在原有干涉測量系統基礎上增加更為復雜的光學系統，甚至設計制作專門的衍射光學元件，如果采用同一面陣探測器則需解決空間分辨率降低的問題，如果采用不同探測器，則存在探測器空間不一致的問題。同時由于系統結構復雜，增加了誤差來源，降低了測量精度。

發明內容