[發明專利]一種變傾角移相馬赫-曾德爾干涉儀測量裝置及方法

在審

• 申請號: 201810556358.0
• 申請日: 2018-06-01
• 公開（公告）號: CN108627254A
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發明（設計）人: 陳磊;孔璐;丁煜;韓志剛;吳志飛;鄭東暉;鄭權;朱文華;王沖;楊光
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01J9/02
• 分類號: G01J9/02
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

本發明公開了一種變傾角移相馬赫?曾德爾干涉儀測量裝置及方法。該裝置包括光源變傾角移相組件、主干涉儀和成像組件，光源變傾角移相組件出射傾斜的平行光進入主干涉儀，主干涉儀中的參考光與測試光經分光棱鏡重新會合后進入成像組件，在CCD靶面獲得干涉圖。方法為：首先光源變傾角移相組件產生與光軸平行的準直光，將補償板置于主干涉儀中，調整補償板的位置，在CCD上獲得成像清晰的干涉圖；然后調整反射鏡使折轉后的光束傾角發生變化，測試光經過補償板引入不同光程差，在干涉圖中引入不同移相量；最后采集到系列移相干涉圖后，通過移相算法恢復相位。本發明具有成本低、結構緊湊、對比度好、操作簡便的特點，可廣泛應用于波前高精度檢測領域。

技術領域

本發明屬于光干涉測量儀器技術領域，特別是一種變傾角移相馬赫-曾德爾干涉儀測量裝置及方法。

背景技術

馬赫-曾德爾型干涉儀采用被測光束與參考光束的分光路設計，與泰曼型不共光路干涉儀相比，馬赫-曾德爾型干涉儀基本沒有光返回到激光器中造成不穩定噪聲，更有利于干涉測量。

目前，馬赫-曾德爾型移相干涉儀主要是采用PZT移相器件來控制光程的變化，如將光纖繞在一管狀PZT上，利用PZT的逆壓電效應，當通過直流電壓時，PZT管會沿直徑方向膨脹或縮小，也就是其外徑會產生變化，這就使繞在它上面的光纖會產生長度的變化而使其光程也產生變化，從而實現移相，但是這類方法成本高，結構復雜，且對控制電路的要求較高。

此外，還有采用偏振干涉技術來控制光程的變化，相比于時間移相干涉測試技術，能夠在同一時間、不同空間位置獲得多幅移相干涉圖，有效地抑制了振動、空氣擾動等時變因素的影響，其基本結構是通過前置輔助組件產生兩束偏振態正交的光，經偏振分光棱鏡分別引入到參考臂和測試臂，在測試臂中放入補償板，經第二塊偏振分光棱鏡出射的兩束正交偏振光無法形成干涉場，在后續光路中通過輔助組件，產生多幅偏振移相干涉圖，然而其中偏振移相采集模塊的制作困難且成本高，且結構復雜，從而導致整個儀器的成本較高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種精度高、成本低、方便實用的變傾角移相馬赫-曾德爾干涉儀測量裝置及方法。

實現本發明的技術解決方案為：一種變傾角移相馬赫-曾德爾干涉儀測量裝置，包括光源變傾角移相組件、主干涉儀和成像組件，所述光源變傾角移相組件包括共光軸順次設置的點光源、準直物鏡和第一反射鏡，所述主干涉儀包括共光軸設置的第一分光棱鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、補償板和第二分光棱鏡，所述成像組件包括共光軸順次設置的第一成像透鏡、第二成像透鏡和CCD；

所述光源變傾角移相組件出射傾斜的平行光，調整該平行光偏離光軸的角度，進入主干涉儀；主干涉儀中的參考光與測試光經第二分光棱鏡重新會合后，進入成像組件；成像組件中第一成像透鏡的后焦點與第二成像透鏡的前焦點重合，形成雙遠心光路，在CCD(14)靶面獲得經參考光與測試光相干疊加后形成的干涉圖。

進一步地，所述光源變傾角移相組件中第一反射鏡的傾角可調，通過調整第一反射鏡的傾角改變入射到主干涉儀中的光束傾角，從而改變參考光與測試光之間的光程差，最終改變干涉圖中的移相量；設定第一反射鏡與45°初始位置的偏轉角度為θ/2，則折轉后的光束傾角為θ。

進一步地，所述主干涉儀包括共光軸設置的第一分光棱鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、補償板和第二分光棱鏡，具體如下：

經光源變傾角移相組件出射的傾角為θ的準直光進入到主干涉儀，然后被第一分光棱鏡分成兩路：一路光通過參考臂，即第二反射鏡；另一路光通過測試臂，即第三反射鏡和補償板；最后兩路光再經第二分光棱鏡重新會合后，進入成像組件。

進一步地，入射到主干涉儀中的光束傾角為θ，測試光經過補償板后，引入的光程差Δ(θ)為：

其中，H為補償板的厚度，n為補償板的折射率；