[发明专利]基于四步空间移相的共光路径向剪切干涉仪

权利要求书

1.一种基于四步空间移相的共光路径向剪切干涉仪，其特征在于该干涉仪由以下部件组成：透镜L₁和L₂组成的缩束系统，用于调节干涉条纹对比度K的起偏器P₁，由第一偏振分束镜PBS₁、两个反射镜M₁和M₂、透镜L₃和L₄组成的环路径向剪切系统CRS，分光镜BS、两个反射镜M₃和M₄、第二偏振分束镜PBS₂、三个1/4波片QW₁、QW₂和QW₃组成的四步空间移相系统SPS，反射镜M₅、M₆和M₇组成的光束编排系统，CCD及计算机C；

畸变光束进入基于四步空间移相的共光路径向剪切干涉仪后，首先利用缩束系统进行光束口径变换，设透镜L₁、L₂的焦距分别为f₁和f₂，入射畸变光束口径为A₁，则缩束后光束口径A₂，且A₂＝A₁f₂/f₁；缩束后的光束经过起偏器P₁后，光束的偏振方向受到调制；环路径向剪切系统CRS的主要作用是对进入系统的偏振方向受调制的光束进行扩束和缩束，并最终出射两束同轴、偏振方向相互垂直且剪切比s受透镜L₃和L₄的焦距大小f₃和f₄决定的径向剪切光束对，设出射光束对中扩束光束和缩束光束口径分别为A₃和A₄，则有A₃＝A₂f₄/f₃，A₄＝A₂f₃/f₄；从环路径向剪切系统CRS出射的径向剪切光束对进入四步空间移相系统SPS中，利用分光镜BS、第二偏振分束镜PBS₂将这一对偏振方向垂直的径向剪切光束对分束成四对口径和剪切比相同的径向剪切光束对，且每对径向剪切光束中的两束光偏振方向相同，形成干涉；采用三个1/4波片QW₁～QW₃对四对径向剪切光束对分别移相，最终在径向剪切光束对中分别引入0、π/2、π和3π/2的相移；设从径向剪切系统CRS出射的径向剪切光束对在干涉区域的相位差为Δφ(x，y)，则出射的四对径向剪切光束对1a、1b、2a、2b在剪切区域的相位差分布分别为Δφ(x，y)、Δφ(x，y)+π/2、Δφ(x，y)+π和Δφ(x，y)+3π/2；

从四步空间移相系统SPS出射的四对径向剪切光束对经过四个反射镜M5～M7对四对径向剪切光束对进行光束编排后进入CCD中，形成四幅剪切干涉图，设入射到CCD光敏面的四个独立区域中的四幅干涉条纹图光强分布分别为I_1a(x，y)、I_1b(x，y)、I_2a(x，y)和I_2b(x，y)，利用相移四步算法求解缠绕相位Δφ′(x，y)，之后对计算出来的缠绕相位进行解缠绕运算，即可得到剪切光束对在剪切区域的径向剪切相位差Δφ(x，y)；

设原始光束畸变波前为φ₀(x，y)，φ₀(x，y)与径向剪切相位差Δφ(x，y)和剪切比s之间的关系如(1)式所示：

Δφ(x，y)＝φ₀(x·s，y·s)-φ₀(x/s，y/s)，x，y∈A₄………………..(1) 

利用剪切相位重构算法即可反算出原始光束畸变波前相位分布φ₀(x，y)，式中，x，y分别为剪切光束对在剪切区域内的坐标；

所述的共光路是指入射光经过PBS₁反射后最终形成的扩束光束与经过PBS₁透射后形成的缩束光束在经过径向剪切系统(CRS)、四步空间移相系统(SPS)以及空间编排系统后最终同时入射到CCD靶面的过程中，所经过光路是相同的。