[发明专利]一种三光波横向剪切干涉装置及提取差分相位的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学干涉装置，尤其涉及一种三光波横向剪切干涉的装置及提取差分相位的方法。

背景技术

光学测试方法具有非接触、高灵敏度的特点，是计量测试技术领域的主要方法。在光学测试方法中，光干涉测量是一种能精确到百分之一波长量级的精密测量技术，而其中的横向剪切干涉方法因具备对光源的相干性要求低，抗干扰能力强等优点，受到广泛关注。实现横向剪切干涉的光学系统有Mach-Zehnder横向剪切干涉仪，偏振光横向剪切干涉仪，双光栅横向剪切干涉仪等多种。人们通常采用相移法对剪切干涉图进行处理，得到待测波前的差分相位。因此，能否对相移量及剪切量的灵活调控是决定是否能够充分发挥剪切干涉系统的优越性的一个关键因素。

1964年，M.V.R.K.Murty在Appl.Opt上发表文章，介绍了一种单平行板剪切干涉仪。用产生的剪切干涉图来检测光束的相位分布情况，并且可以通过旋转平板的角度来调节剪切量(M.V.R.K.Murty，Appl.Opt.3，531(1964))。

1973年，J.C.Wyant在Appl.Opt上发表文章，提出了用双频交叉光栅产生剪切干涉的方法。利用这种光栅的衍射特性可以同时产生在x和y方向剪切的干涉图，但是，这是一种离轴干涉的方法，要保证衍射角度足够大，才能避免与零级之间的重叠(J.C.Wyant，Appl.Opt.12，2057(1973))。

1997年，H.Schreiber and J.Schwider在Appl.Opt上发表文章，设计了一种用两片Ronchi相位光栅实现的横向剪切干涉系统，它利用光栅的两次衍射实现光束的平移。在这套光学系统中，剪切量与两光栅的间距成正比，所以改变它们之间的距离可以调节剪切量；同时，在垂直于光栅的栅线方向上，一个光栅相对另外一个光栅的移动可以实现相移。但是这种方法操作复杂，光栅的零级也很难完全抑制(H.Schreiber and J.Schwider，Appl.Opt.36，5321(1997))。

2001年，D.W.Griffin在Opt.Lett上发表文章，在平行板剪切干涉方法中实现了相移。这种方法是采用两片平行板间夹一层液晶，通过电压控制液晶延迟来实现相移调控(D.W.Griffin，Opt.Lett.26，149(2001))。

2003年，H.H.Lee等人在Opt.Lett上发表文章，他们设计了一种由分束器和两对楔形板组成的剪切干涉系统。每对楔形板都是由有一定倾斜角的两块楔形板组成，利用它们之间的倾斜角实现剪切平移；两对楔形板之间的相对滑动，改变板的总厚度，可以实现调控相移量(H.H.Lee et al.，Opt.Lett.28，2243(2003))。

2004年，E.Mihaylova等人在Opt.Lett上发表文章，利用两个部分反射镜的反射实现剪切，其中一块反射镜固定在压电传感器上，通过移动该反射镜可以实现剪切量的调制。同时，这套光学系统也解决了相移问题(E.Mihaylova et al.，Opt.Lett.29，1264(2004))。

2005年，R.P.Shukla等人在Optics & Laser Technology上发表文章，介绍了所设计的光栅用来实现剪切干涉。这种方法是用光栅衍射的±1级分别与零级干涉，剪切量大小为光束的半径，从而±1级恰好能够分开而不发生干涉叠加(R.P.Shukla et al.，Opt.Laser Techol.39，338(2005))。

在综上所述的研究中，实现两束光剪切干涉的方法有多种，但是要想灵活地同时调控剪切量和相移量比较困难，调控精度低，并且一般需要光学元件的机械运动，容易引起光学系统的振动。空间光调制器可以通过电控方式对光波进行调制，避免机械干预和非实时操作，但用于剪切干涉时，零级衍射光很难被抑制或消除掉，因此通常的两光波剪切干涉难以发挥空间光调制器的作用。为解决这个困难，本发明提出了三光波的横向剪切动态干涉技术，设计了具体的光学实验装置，并且提出了从这种三光波干涉图中提取差分相位的新方法。

发明内容

发明目的：为了克服在共轴剪切干涉装置中对相移量和剪切量的分别调控遇到的困难，本发明提供了一种可以对剪切量、相移量及剪切方向同时进行独立和动态调控的三光波横向剪切干涉的光学装置，并且提出了从这种三光波干涉图中提取差分相位的新方法。