[发明专利]可调扩展光源照明的同轴斐索型同步移相干涉仪

说明书

技术领域：

本发明属于光学干涉测量仪器，尤其涉及斐索型同步移相干涉仪。

背景技术：

斐索型干涉仪采用被测光束与参考光束的共光路设计，除参考面外，干涉仪光学系统自 身的像差对被测光束和参考光束的影响基本相同，绝大部分可相互抵消，因而斐索型干涉仪 仅对参考面的精度要求高，而对系统波像差和其它元件的加工、装配精度要求较低。与泰曼 格林型等非共光路干涉仪相比，斐索型干涉仪的设计和加工难度明显降低，因此成为大口径、 大数值孔径光学系统/元件的波像差/面形检测的首选。

目前，斐索型同步移相干涉仪主要有两种结构形式。一种是2004年4D公司Millerd等 提出的倾斜参考镜结构(US7,057,738B2)，另一种是1989年Kuchel等提出(US4,872,755)， 2006年Kimbrough等改进的短相干光源光程差匹配结构(Bradley T.Kimbrough.Path matched vibration insensitive Fizeau interferometer.Ph.D dissertation，University of Arizona，2006)。前一种 结构中参考面的倾斜使得测试光与参考光的共光路特性被部分破坏，从而引起相位测量误差， 失去了斐索型干涉仪最大的优势。后一种结构通过前置辅助组件产生两束偏振态正交的光波 同时照明主干涉仪，共形成6组干涉条纹。使用短时间相干长度的宽带照明光源，可使前置 辅助组件与主干涉仪时间相干性匹配时，参考面与被测面干涉形成的被测干涉条纹对比度达 到最大，同时其余5组附加条纹完全消失，从而实现同轴的斐索同步移相干涉测量。由于前 置干涉组件与主干涉仪时间相干性匹配要实现光程差的绝对补偿，前置辅助组件中的可调反 射镜移动范围要与参考镜到被测镜的距离相等，这使得前置辅助组件中可调反射镜的移动范 围非常大，从而导致仪器结构庞大，难以小型化。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有上述两种斐索型同步移相干涉仪的不足，提出一种高精度、 方便实用、可小型化的同轴斐索型同步移相干涉检测方法及仪器。

1.一种可调扩展光源照明的同轴斐索型同步移相干涉仪，包括：可调扩展光源组件1、 前置干涉仪组件2和主干涉仪，由可调扩展光源组件发出的光经第一准直透镜3准直后入射 所述前置干涉仪组件，由所述前置干涉仪组件的出射光进入主干涉仪；其中，

所述可调扩展光源组件用于提供一个轮廓大小可调且中心位置不变的扩展光源；

所述前置干涉仪组件用于产生两束呈正交偏振态的光，且这两束光的光强比例可调，通 过可调反射镜7沿光轴方向的位置调整可实现与主干涉仪空间相干性匹配；

所述主干涉仪为斐索型干涉仪，使分别从参考面和被测面反射回的两束光波形成干涉场。

本申请还涉及一种使用上述同轴斐索型同步移相干涉仪进行干涉测量的方法，包括以下 步骤：

1)调节可调扩展光源组件，使其形成的扩展光源轮廓尺寸最小，空间相干长度达到最大；

2)按斐索干涉仪光路放置被测件，观察采集到的实时干涉条纹；

3)调整前置干涉仪组件中的可调反射镜，使可调臂与固定臂的长度差与主干涉仪中测试 臂与参考臂的理论长度差之比为f₁²∶f₂²；

4)调整被测面的位置和倾斜状态，使视场内出现多组较为稀疏的干涉条纹；

5)逐渐增大扩展光源的轮廓尺寸，使其中一组干涉条纹对比度下降较慢，其余多组干涉 条纹对比度迅速下降；配合微调前置干涉仪组件中的可调反射镜位置，保持所述一组条纹较 高的对比度；

6)增大扩展光源的轮廓尺寸至所述其余多组条纹均彻底消失，微调所述可调反射镜位置， 使视场内唯一的一组干涉条纹的对比度达最佳；同时调整探测器靶面位置，使其与被测面共 轭；

7)采集移相干涉条纹，并通过干涉条纹分析计算，恢复出被测面面形或波像差。 与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下的优点：

1)可实现同轴斐索同步移相干涉测量，具有与Kimbrough等改进的短相干光源光程差匹 配结构相同的优点，如：可实现多表面分离，分别测量平行平板玻璃前、后表面的面形，如 CCD前保护玻璃；可在装校好的光学系统中测量任意一个表面的面形等。