[發明專利]基于同軸干涉的波面測量裝置

有效

• 申請號: 201910331365.5
• 申請日: 2019-04-24
• 公開（公告）號: CN110057543B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 賈偉;周常河;王津;項長鋮;謝永芳;薄啟宇
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: G01M11/00
• 分類號: G01M11/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 陳燕嫻

1.一種基于同軸干涉的波面測量裝置，其特征在于，所述的波面測量裝置包括：

馬赫曾德雙光束干涉系統，其為雙光束全息干涉光路，用于產生穩定的高密度干涉條紋場，并用于待測光學元件輸出波面的測量；

同軸干涉及記錄模塊，包括合束元件和光探測器，用于產生同軸干涉信號，并記錄該信號，其中，所述的合束元件，利用光的反射或衍射特性，使馬赫曾德干涉光路的兩束光重合，產生同軸干涉，從而形成穩定的干涉場；所述的光探測器，用于接收干涉場的光強信息；

二維移動和位移測量系統，包括二維移動平臺和激光干涉儀，用于實現大尺寸光場的二維掃描以及位移的精確測量，其中，所述的二維移動平臺，用于承載合束元件與光探測器實現對同軸干涉光場的二維掃描，二維移動平臺的一維運動方向與馬赫曾德干涉光場的條紋方向垂直，另外一維運動方向與干涉光場的條紋方向平行；所述的激光干涉儀，用于高精度測量二維移動平臺垂直于干涉光場方向的位移；

數據采集與處理系統，用于控制光探測器采集同軸干涉強度信息、二維移動平臺的二維運動以及激光干涉儀的位移測量，并通過數字計算對采集光強的周期信號進行處理，實現大尺寸波面的測量；

其中，所述的數據采集與處理系統由一臺計算機實現進行控制，所述的光探測器、激光干涉儀以及二維移動平臺通過控制器與計算機連接，并利用計算機指令實現對以上設備的同步控制，該計算機在完成數據采集后，實現對數據的處理，通過干涉條紋周期與波面的關系，計算得到待測波面的分布情況；

所述的數據采集與處理系統進行數據處理的過程如下：

在垂直于條紋的方向上，將馬赫曾德雙光束干涉形成的強度表示為：

I＝1+m*cos(2πf₀x+Φ₁(x)-Φ₂(x)) (1)

其中f₀是干涉條紋的基頻，m為調制度，當兩束光的強度相等時m最大為1，參考光和測量光的位相分別為Φ₁和Φ₂，定義干涉條紋的位相：

通過對式(2)求導可以得到與位相對應的每一個位置上的頻率：

利用掃描位移與周期變化次數之比得到干涉條紋的頻率，因此該測量頻率是在一段長度上的平均，即：

其中L表示測量周期時掃描的位移量，于是由式(4)得到位相差與平均頻率的關系：

利用式(5)得到間隔L上的每個位置的相對位相值，即參考光與測量光波面之差；

當插入待測光學元件，產生的位相差攜帶該待測光學元件的波面信息Φ₀，此時式(2)中的位相表示為：

ΔΦ′(x)≡Φ₁(x)-Φ₁(x)-Φ₀(x) (6)

分別測量在插入待測元件前以及插入后的馬赫曾德干涉條紋周期，并計算其波面差，得到待測元件的波面絕對分布。

2.根據權利要求1所述的基于同軸干涉的波面測量裝置，其特征在于，所述的馬赫曾德雙光束干涉系統為雙光束全息干涉光路，包括：激光器、1×2光纖耦合器、第一單模保偏光纖、第二單模保偏光纖、第一準直透鏡、第二準直透鏡以及待測光學元件；所述的激光器經1×2光纖耦合器均勻分束并分別進入第一單模保偏光纖和第二單模保偏光纖，光纖輸出的球面波分別經對稱放置的第一準直透鏡和第二準直透鏡形成相交的兩束平面波，產生高密度的干涉光場，其干涉條紋的密度通過改變兩束平面波的夾角進行調節，其中，兩束平面波中的一束作為參考光，另外一束作為測量光，當插入待測光學元件后輸出的波面會發生變化，并改變高密度干涉條紋的周期。

3.根據權利要求2所述的基于同軸干涉的波面測量裝置，其特征在于，所述的第一單模保偏光纖和第二單模保偏光纖的偏振方向與干涉條紋方向一致。

4.根據權利要求1所述的基于同軸干涉的波面測量裝置，其特征在于，所述的合束元件是半透半反鏡、光柵或分束棱鏡。

5.根據權利要求1所述的基于同軸干涉的波面測量裝置，其特征在于，所述的光探測器是光電倍增管，CCD陣列或雪崩二極管。