[發明專利]一種多方位同步相移橫向剪切干涉裝置及測量方法

在審

• 申請號: 202111568339.8
• 申請日: 2021-12-21
• 公開（公告）號: CN114323580A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 朱學亮;王凱;田愛玲;劉丙才;王紅軍;朱亞輝;王思淇;張郁文
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02;G01M11/04
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 黃秦芳

1.一種多方位同步相移橫向剪切干涉裝置，其特征在于：包括依次設置的測試元件(2)、補償元件(3)、分光元件(4)、剪切單元(5)、分光系統(6)、定向偏振片陣列(7)和CMOS相機(8)，剪切單元(5)與自動控制單元(10)連接，自動控制單元(10)與計算機(9)連接，CMOS相機(8)與自動控制單元(10)和計算機(9)連接，分光元件(4)一側設置有激光光源(1)；剪切單元(5)由偏振片(13)、雙折射晶體(14)和四分之一波片(15)復合而成，其中偏振片的透光軸方向與x軸的夾角為0°，雙折射晶體的光軸與x軸的夾角為45°，四分之一波片的快軸與x軸的夾角為45°。

2.根據權利要求1所述的一種多方位同步相移橫向剪切干涉裝置，其特征在于：剪切單元(5)的傳輸特性分為三個部分：

(1)激光器出射的光束經過起偏器起偏后，出射后光束的斯托克斯矢量表述為

其中，[S₀ S₁ S₂ S₃]^T表示激光器出射的光束的斯托克斯矢量，

表示起偏器的穆勒矩陣，

E_t表示從起偏器出射后的斯托克斯矢量。

起偏器的偏振方向與x方向的夾角θ選取45°，則出射光束歸一化后的斯托克斯矢量表述為:

(2)經雙折射晶體產生橫向位移，出射后的光束的斯托克斯矢量表述為

晶體的快軸與x方向的夾角θ為0°，出射光束表述為

(3)經四分之一波片后，出射光束的斯托克斯矢量表述為

3.根據權利要求4所述的一種多方位同步相移橫向剪切干涉裝置，其特征在于：自動控制單元由二維控制器和電控旋轉臺構成，電控旋轉臺與剪切單元(5)連接。

4.一種采用權利要求1所述的一種多方位同步相移橫向剪切干涉裝置的測量方法，其特征在于：包括以下步驟：

從雙折射晶體出射的光束是振幅相等、偏振方向正交的o光和e光，其合成的光束的歸一化斯托克斯矢量表述為

合成光束經過四分之一波片后的斯托克斯矢量表述為

用斯托克斯矢量表征光波強度與偏振態，第一個元素所代表的含義即為光波的總強度，因此，干涉光強表述為

I＝1+sin(φ+2θ)

偏振片陣列中透光軸的方向角θ分別為0°、45°、90°和135°，即可在干涉圖中引入大小為0、和2π的相位偏差，從而實現四步相移。然后根據四步相移算法和解包裹算法以及zernike擬合方法，從干涉圖中提取出測試波前的位相分布進行波面復原計算和波面評價；

當剪切光束經過偏振片陣列后，獲得四幅具有不同相移量的干涉條紋圖，CMOS相機采集四幅干涉圖，然后利用四步相移算法即可解調出x方向上的差分相位Δφ_x；用同樣的方式可以計算出另一正交方向的差分相位Δφ_y；剪切波片旋轉一周獲取多組相互正交的差分相位，利用差分zernike擬合算法可以求取這多組正交的差分相位對應的zernike系數，通過對這多組不同方向的Zernike系數進行融合，然后利用該融合的zernike系數就可以重建出待測波面的面形數據。