[發明專利]用于自由曲面干涉檢測的自適應補償環形腔裝置與方法

有效

• 申請號: 202110238263.6
• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN113028981B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 張磊;吳金靈;劉仁虎;俞本立
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02;G01B9/02017;G01B9/02001;G01B9/02055
• 代理公司: 合肥云道爾知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 34230
• 代理人: 閆興貴

1.用于自由曲面干涉檢測的自適應補償環形腔裝置，其特征在于：包括偏振干涉系統（L1）、自適應補償環形腔系統（L2）、部分零位補償鏡（L3）和被測自由曲面（L4）；

所述偏振干涉系統（L1）包括依次水平設置的激光器（S1）、擴束器（S2）、第一分束器（S3），所述第一分束器（S3）的上側光路上設置有第一標準平面反射鏡（S4），所述第一分束器（S3）的下側光路上設置有第二分束器（S5）,所述第二分束器（S5）的反向依次水平設置有RP（S6）、成像透鏡（S7）和CCD圖像傳感器（S8）；

所述自適應補償環形腔系統（L2）包括水平設置的第一偏振分束器（S9）、λ/2波片（S10）、可變形反射鏡（S11），所述第一偏振分束器（S9）的下側光路依次設置有第三分束器（S12）、第二偏振分束器（S14），所述可變形反射鏡（S11）的下側光路設置有第二標準平面反射鏡（S13）；

所述第二偏振分束器（S14）的反向依次水平設置所述部分零位補償鏡（L3）和被測自由曲面（L4）；

所述偏振干涉系統（L1）的激光器（S1）、擴束器（S2）、第一分束器（S3）與所述自適應補償環形腔系統（L2）的第一偏振分束器（S9）、λ/2波片（S10）、可變形反射鏡（S11）在同一水平方向上，所述第二分束器（S5）、RP（S6）、成像透鏡（S7）和CCD圖像傳感器（S8）與所述第三分束器（S12）在同一水平方向上，所述第二偏振分束器（S14）與所述第二標準平面反射鏡（S13）在同一水平方向上；

所述部分零位補償鏡（L3）給旋轉對稱像差補償，所述可變形反射鏡（S11）給非旋轉對稱像差補償。

2.根據權利要求1所述的用于自由曲面干涉檢測的自適應補償環形腔裝置，其特征在于：所述第一分束器（S3）、第二分束器（S5）的反射/透射比為0.5：0.5，所述第三分束器（S12）的反射/透射比為0.3：0.7。

3.一種基于權利要求1所述的用于自由曲面干涉檢測的自適應補償環形腔裝置的方法，其特征在于包括以下步驟：

（1）激光器（S1）出射的細光束被擴束器（S2）擴束后，經第一分束器（S3）將擴束器（S2）傳輸的準直光束分為兩部分，其中一路被第一分束器（S3）反射，根據第一分束器（S3）的反射/透射比，相應比例的光能被第一分束器（S3）反射，相應比例的光能透過第一分束器（S3）繼續向前傳播至自適應補償環形腔系統（L2）；第一分束器（S3）的反射光線在被第一標準平面反射鏡（S4）反射后返回并透過第一分束器（S3），經第二分束器（S5）反射后通過RP（S6）和成像透鏡（S7）作為參考光束；

（2）偏振干涉系統（L1）的光束進入自適應補償環形腔系統（L2）中，P偏振光全部通過第一偏振分束器（S9）后穿過λ/2 波片（S10），其偏振方向發生90度偏轉變為S偏振光到達可變形反射鏡（S11），可變形反射鏡（S11）預先完成位姿標定，經過可變形反射鏡（S11）反射后到達第二標準平面反射鏡（S13），繼續被第二標準平面反射鏡（S13）反射，由于此時光束為S偏振光所以經過第二偏振分束器（S14）時所有光束全部被反射；經過第三分束器（S12）時一部分S偏振光被第三分束器（S12）反射，根據第三分束器（S12）的反射/透射比，相應比例的光能被第三分束器（S12）反射，該反射光線依次通過偏振干涉系統（L1）中的第二分束器（S5）、RP（S6）和成像透鏡（S7），由于這部分S偏振光只經歷可變形反射鏡（S11）的一次反射，所以攜帶可變形反射鏡（S11）表面變形的信息成為監測光束，監測光束和參考光束的S偏振光發生干涉，干涉圖成像到CCD圖像傳感器（S8）上，相應比例的光能透過第三分束器（S12）到達第一偏振分束器（S9），此時仍為S偏振光所以全部被第一偏振分束器（S9）反射，并再次穿過λ/2波片（S10）后成為P偏振光，經過可變形反射鏡（S11）和第二標準平面反射鏡（S13）的兩次反射后，將全部透過第二偏振分束器（S14）并經過部分零位補償鏡（L3）；

（3）經過自適應補償環形腔系統（L2）和部分零位補償鏡（L3）像差校正后的波形與被測自由曲面（L4）的表面匹配，該路波束被被測自由曲面（L4）反射，經被測自由曲面（L4）反射后，由所述自適應補償環形腔系統（L2）反向傳輸接受另一次像差校正，變成近似的準直光束，準直光束返回偏振干涉系統（L1）被第一分束器（S3）反射后到達第二分束器（S5）繼續被第二分束器（S5）反射，依次通過RP（S6）和成像透鏡（S7），返回的P偏振光攜帶被測自由曲面（L4）的面形信息作為檢測光束，檢測光束和參考光束的P偏振光發生干涉，干涉圖成像到CCD圖像傳感器（S8）上；

（4）通過CCD圖像傳感器（S8）接收的干涉圖對自適應補償環形腔系統（L2）進行反饋控制，以產生干涉儀可分辨的稀疏干涉圖，用以測量被測自由曲面（L4）的面形。