[发明专利]一种基于四步移相原理的小型化径向剪切干涉仪

权利要求书

1.一种基于四步移相原理的小型化径向剪切干涉仪，其特征在于，包括：起偏器（P1），偏振分光棱镜（PBS），由焦距分别为f₁和f₂的第一透镜（L1）和第二透镜（L2），以及第一反射镜（M1）和第二反射镜（M2）组成的缩束或扩束系统，1/4波片（QW），二元微偏振片阵列（PM）和光敏器件CCD相机；其中f₁≠f₂；

畸变光束（W）进入基于四步移相原理的小型化径向剪切干涉仪后，首先经过起偏器(P1)后被偏振分光棱镜(PBS)分成偏振方向沿水平方向的反射光束和偏振方向沿竖直方向的透射光束，偏振方向沿水平方向的反射光束经过第一透镜（L1）、第一反射镜（M1）、第二反射镜（M2）以及第二透镜（L2）后，最终被偏振分光棱镜（PBS）再次反射，其光束口径被相应缩小或扩大；设入射光束口径为D₀，则缩束或扩束后光束口径为D₁，且D₁=D₀×f₂/f₁；同样，偏振方向沿竖直方向的透射光束经过第二透镜（L2）、第二反射镜（M2）、第一反射镜（M1）以及第一透镜（L1）后，最终被偏振分光棱镜（PBS）再次透射，其光束口径被相应扩大或缩小；扩束或缩束后光束口径为D₂，且满足D₂=D₀×f₁/f₂；这样，包含畸变波前相位分布的光束入射到由偏振分光棱镜（PBS）和缩扩束系统后，形成两束同光轴、偏振方向分别沿水平和垂直方向的光束对，共同进入快轴沿45°方向的1/4波片和由微偏振片阵列组成的相位掩模板中，并最终投射到CCD相机的光敏面上；其中，微偏振片阵列是由一系列大小与CCD相机像元大小相同的微偏振片组成，相邻四个像元对应的四个微偏振片的起偏角分别为0°、45°、90°和135°；根据偏振移相原理，四个相邻像元之间的相移量分别对应为0，π/2、π和3π/2，根据四步移相算法，即能够计算出对应位置的相位值，依次类推，可以从探测到的单帧干涉图中提取出径向剪切相位差分布。

2.根据权利要求1所述的基于四步移相原理的小型化径向剪切干涉仪，其特征在于：对波前测量无需绝对平面作为参考，仅以待测光束自身局部区域为参考，回避绝对平面参考镜加工误差等引入的波前测量误差。

3.根据权利要求1所述的基于四步移相原理的小型化径向剪切干涉仪，其特征在于：全光路采用共光路结构，保证该结构对外界干扰的免疫能力。

4.根据权利要求1所述的基于四步移相原理的小型化径向剪切干涉仪，其特征在于：对应于CCD探测器件单个像元上探测到的干涉图，其干涉对比度可以通过起偏器（P1）的角度进行调节。

5.根据权利要求1所述的基于四步移相原理的小型化径向剪切干涉仪，其特征在于：干涉图采集仅需要一个光电探测器件，从干涉图中提取出的相位差空间分辨力与光电探测的探测单元数有关，对应有效探测单元越多，其空间分辨力也越高。

6.根据权利要求1所述的基于四步移相原理的小型化径向剪切干涉仪，其特征在于：单个微偏振片大小不仅能够对应于单个光电探测器单元，也能够对应任意个光电探测器单元。

7.根据权利要求1所述的基于四步移相原理的小型化径向剪切干涉仪，其特征在于：所述的缩束或扩束系统中透镜组合第一透镜（L1）和第二透镜（L2），用共焦点在透镜同一侧的正-负透镜组成，或者用共焦点在两透镜之间的正-正透镜组成。

8.根据权利要求7所述的基于四步移相原理的小型化径向剪切干涉仪，其特征在于：所述的径向剪切干涉仪径向剪切比由第一透镜（L1）和第二透镜（L2）的焦距大小决定。

9.根据权利要求1所述的基于四步移相原理的小型化径向剪切干涉仪，其特征在于：从M×N个像元数的光电探测器的测量数据中，提取出的剪切相位差分布空间分辨率可以达到(M-2)×(N-2)。