[發明專利]一種瞬態移相橫向剪切干涉儀及測量方法

有效

• 申請號: 202010075881.9
• 申請日: 2020-01-22
• 公開（公告）號: CN111256582B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 王道檔;古志雄;孔明;許新科;趙軍;劉維;郭天太
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02;G01J9/02
• 代理公司: 杭州鈐韜知識產權代理事務所(普通合伙) 33329
• 代理人: 趙杰香;唐靈

1.一種瞬態移相橫向剪切干涉儀，其特征在于，包括線性偏振器、偏振分光板、平面反射鏡、四分之一波片、成像透鏡以及偏振相機，其中，所述線性偏振器設置于偏振分光板的上方，所述四分之一波片、成像透鏡、偏振相機依次設置于所述偏振分光板的一側，所述偏振分光板與X軸方向呈45°夾角，所述平面反射鏡設置于偏振分光板下方并與偏振分光板平行；

被測波面經過所述線性偏振器進入所述偏振分光板，將光束分為透射光p和反射光s，并將透射光p和反射光s分別作為剪切波面和原始波面，透射光p經所述平面反射鏡的反射后，再次經過偏振分光板后的透射光p與反射光s保持光路的同向，所述透射光p與反射光s為橫向剪切量為u的光波，所述透射光p和反射光s再經過所述四分之一波片（ 4） 后變為兩個旋向相反的圓偏振光，兩個旋向相反的圓偏振光經過成像透鏡后被偏振相機采集，并獲取4幅相位差為的瞬態移相干涉圖；

所述偏振分光板的分光面位于所述平面反射鏡的一側，通過任意調整所述偏振分光板與平面反射鏡的間距，實現剪切比為從0到1范圍中的任意值。

2.如權利要求1所述的瞬態移相橫向剪切干涉儀，其特征在于，調整的剪切比為，其中，u為橫向剪切量，T為被測波面的孔徑大小。

3.如權利要求2所述的瞬態移相橫向剪切干涉儀，其特征在于，所述瞬態移相橫向剪切干涉儀還包括重構模塊，用于基于波前重構算法對獲取的瞬態移相干涉圖進行波前重構，并獲取被測波面的信息。

4.如權利要求3所述的瞬態移相橫向剪切干涉儀，其特征在于，所述重構模塊包括第一計算單元，用于根據瓊斯矩陣計算經過所述四分之一波片后的原始波面和剪切波面，其中，所述原始波面和剪切波面用式（1）表示如下：

（1）；

其中，u是橫向剪切量，k是波數，和是相應的瓊斯矩陣系數。

5.如權利要求4所述的瞬態移相橫向剪切干涉儀，其特征在于，所述重構模塊還包括第二計算單元，用于根據瓊斯矩陣計算通過所述偏振相機中的微偏振器陣列后的原始波面和剪切波面，其中，和用式（2）表示為：

（2）；

其中，是所述偏振相機中的微偏振器的瓊斯矩陣，其中j=1、2、3、4，其透光軸分別指向0°、45°、90°和135°。

6.如權利要求5所述的瞬態移相橫向剪切干涉儀，其特征在于，所述重構模塊還包括第三計算單元，用于計算所述原始波面和剪切波面在所述偏振相機中不同的微偏振器方向上的疊加值，以及計算所述偏振相機上采集的相應強度，其中，所述和用式（3）表示為：

（3）；

其中，是與線偏振方向（0°、45°、90°、135°）相對應的第j個（j=1、2、3、4）相移x方向剪切干涉圖的相應光強。

7.如權利要求6所述的瞬態移相橫向剪切干涉儀，其特征在于，所述重構模塊還包括第四計算單元，用于利用四步相移算法，根據獲取的4幅相位差為的瞬態移相干涉圖，計算x方向的剪切波面和y方向的剪切波面，并根據差分Zernike多項式擬合的方法，得到被測波面，其中，和通過式（4）、（5）和（6）計算得到：

（4）；

（5）；

（6）；

其中，r為x或y剪切方向。

8.一種如權利要求1-7任一所述的瞬態移相橫向剪切干涉儀的測量方法，

其特征在于，所述測量方法包括：

被測波面經過所述線性偏振器進入所述偏振分光板，將光束分為透射光p和反射光s，并將透射光p和反射光s分別作為剪切波面和原始波面；

透射光p經所述平面反射鏡的反射后，再次經過偏振分光板后的透射光p與反射光s保持光路的同向，所述透射光p與反射光s為橫向剪切量為u的光波；

所述透射光p和反射光s再經過所述四分之一波片4后變為兩個旋向相反的圓偏振光，兩個旋向相反的圓偏振光經過成像透鏡后被偏振相機采集，并獲取4幅相位差為的瞬態移相干涉圖；

根據波前重構算法對所述獲取的瞬態移相干涉圖進行波前重構，并獲取被測波面的信息。