[发明专利]一种波长调谐相移点衍射干涉测量装置及其方法

权利要求书

1.一种波长调谐相移点衍射干涉测量装置，其特征在于：该装置包括可调谐激光光源模块（100）、点衍射干涉模块（200）和控制系统（300），可调谐激光光源模块（100）包括可调谐激光器（101）、第一分光镜（102）、第二分光镜（103）、波长计（104）和功率计（105）；点衍射干涉模块（200）包括光束调整镜组（201）、针孔板（202）、干涉仪成像镜组（204）和CCD相机（205）；控制系统（300）包括可调谐激光器控制模块（301）、CCD相机采集控制模块（302）和主控计算机（303）；

所述可调谐激光器（101）的出射光入射第一分光镜（102）并被分为第一透射光和第一反射光，第一透射光入射第二分光镜（103）并被分为第二透射光和第二反射光，第二透射光经过光束调整镜组（201）聚焦后入射到针孔板（202）的针孔上并发生小孔衍射，形成近理想球面波衍射光，所述衍射光的一部分作为参考光直接入射干涉仪成像镜组（204）；所述衍射光的另一部分作为检测光，检测光首先入射到被检光学元件（203）上并发生反射，所述反射检测光再入射到针孔板（202）的背面并再次发生反射，经针孔板（202）反射后的检测光再入射干涉仪成像镜组（204）；经过干涉仪成像镜组（204）合束后的出射参考光和检测光共同照射到CCD相机（205）的像面上并形成干涉图像，所述干涉图像被CCD相机（205）成像；

所述第一反射光入射波长计（104），波长计（104）与可调谐激光器控制模块（301）连接，可调谐激光器控制模块（301）通过总线与主控计算机（303）连接；可调谐激光器控制模块（301）接收波长计（104）测得的波长检测信号并将该波长检测信号传送给主控计算机（303）；

所述第二反射光入射功率计（105），功率计（105）通过总线与主控计算机（303）连接，功率计（105）将其测得的功率检测信号通过总线传送给主控计算机（303）；

所述可调谐激光器控制模块（301）还与可调谐激光器（101）连接，主控计算机（303）通过可调谐激光器控制模块（301）向可调谐激光器（101）发出激光波长调谐命令，可调谐激光器（101）按照其收到的激光波长调谐命令发出指定波长的激光；可调谐激光器控制模块（301）还向主控计算机（303）机发送波长调谐完成反馈信号；

所述CCD相机（205）与CCD相机采集控制模块（302）连接，CCD相机采集控制模块（302）通过总线与主控计算机（303）连接；CCD相机（205）将其采集到的干涉图像信号通过CCD相机采集控制模块（302）发送给主控计算机（303），并按照主控计算机（303）发出的图像信号采集命令采集图像。

2.如权利要求1所述的一种波长调谐相移点衍射干涉测量装置，其特征在于：所述针孔板（202）上的针孔是亚微米针孔，针孔板（202）的背面为平面镜；所述被检光学元件（203）为凹面镜，其与所述干涉仪成像镜组（204）均位于针孔板（202）后方并以针孔板（202）的针孔为焦点。

3.如权利要求1或2所述的一种波长调谐相移点衍射干涉测量装置，其特征在于：所述被检光学元件（203）与干涉仪成像镜组（204）以针孔板（202）针孔的法线为对称轴左右对称设置，所述被检光学元件（203）的光轴与针孔板（202）针孔法线的夹角度数由被检光学元件（203）的口径与曲率半径R的比值确定，且该夹角度数大于被检光学元件（203）边缘与球心连线所成的角。

4.如权利要求1所述的一种波长调谐相移点衍射干涉测量装置，其特征在于：所述光束调整镜组（201）由同一光轴上的三块透镜共同组成，其第一块透镜和第二块透镜共同实现对激光光束的扩束准直，其第三块透镜对准直后的激光光束进行聚焦。

5.一种波长调谐相移点衍射干涉测量方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

步骤1：对波长调谐相移点衍射干涉测量装置初始化，其具体包括如下子步骤：

步骤1.1：设定波长调谐相移点衍射干涉测量时的移相步数N、移相角度和干涉腔的长度h，所述干涉腔的长度h为被检光学元件（203）曲率半径R的两倍；

步骤1.2：启动本发明所述波长调谐相移点衍射干涉测量装置，由主控计算机（303）读取并记录波长计（104）测得的当前激光波长检测信号λ₁、功率计（105）测得的当前激光功率检测信号P₁以及CCD相机（205）采集的第一幅干涉图像I₁；

步骤1.3：波长求解公式：

式（1）中，i=2,3…N；

依据式（1），由主控计算机（303）根据步骤1.1设定的移相步数N、移相角度和干涉腔的长度h依次计算移相到第j(j=1,2,3…N)步时需要的各个激光波长数值组λ_i,；(i＝2,3…N)

步骤2：采用逐步调谐激光实现波长移相的方法完成相移点衍射干涉图集的采集，其具体包括如下子步骤：

步骤2.1：主控计算机（303）通过可调谐激光器控制模块（301）向可调谐激光器（101）发出激光波长调谐命令，使可调谐激光器（101）发出激光波长调谐至λ_i(i＝2,3…N)，所述λ_i依次经由步骤1.3所获得的激光波长数值组确定；当可调谐激光器（101）每完成一次波长调谐后，其均通过可调谐激光器控制模块（301）向主控计算机（303）发送波长调谐完成反馈信号；主控计算机（303）每次收到所述波长调谐完成反馈信号后，都通过CCD相机采集控制模块（302）向CCD相机（205）发出图像信号采集命令；CCD相机（205）按照图像信号采集命令依次采集第j(j=1,2,3…N)幅干涉图像I_i(i=2,3…N)并将其每次所采集到的干涉图像信号通过CCD相机采集控制模块（302）发送给主控计算机（303）；主控计算机（303）读取并记录波长计（104）每次测得的当前激光波长检测信号λ_i、,功率计（105）每次测得的当前激光波长检测信号P_i(i=2,3…N)以及CCD相机（205）每次采集的第j幅干涉图像I_i(i=2,3…N)，即：获得了相移点衍射干涉图集；

步骤2.2：主控计算机（303）令j=i+1并重复步骤2.1的测量过程，直至j=i+1达到步骤1.1设定的移相步数N时，检测结束；

步骤3：对相移点衍射干涉图集进行亮度修正：

由主控计算机（303）调取步骤2.1存储的功率计（105）测得的当前激光波长检测信号P_i,(i=1,2,3...N)集合及对应的相移点衍射干涉图集I_i,(i=1,2,3...N)，代入下式：

Ii′=IiPi·P1---(2)]]>

所述I_i',(i=1,2,3...N)即为亮度修正后的相移点衍射干涉图集；

步骤4：对步骤3所述修正后的相移点衍射干涉图集中的N幅干涉图进行移相位算法处理，则可获包含被检光学元件（203）面形信息的数据，进而完成波长调谐相移点衍射干涉测量的全过程。