[发明专利]基于棱镜分光移相的斐索型同步移相干涉测试装置

说明书

本发明提供一种基于棱镜分光移相的斐索型同步移相干涉测试装置，包括沿光路方向依次放置干涉系统、棱镜分光移相系统和成像系统，来自激光器的光进入干涉系统，用四分之一波片前表面作为参考面，透射光来回二次经过四分之一波片与反射光形成带有被测件信息的正交偏振光；正交的偏振光进入棱镜分光移相系统，分成三束相位偏差依次为0，π/2和‑π/2的平行正交偏振光；最后进入成像系统，在缩束后经过偏振片再经成像物镜成像到探测器上形成三幅干涉条纹。本发明能有效防止环境振动的干扰，具有光能利用率高，结构紧凑，系统误差小的特点。

技术领域

本发明涉及光干涉测试领域，特别是一种基于棱镜分光移相的斐索型同步移相干涉测试装置。

背景技术

斐索型干涉仪是一种常用的等厚型干涉仪，具有参考光与测试光共光路的特点，可以用于平面、球面及非球面的面形测量，球面曲率半径的测量以及各种透镜、棱镜、光学系统的波面传输质量的测量。

移相干涉是一种精密光学干涉测量技术，采用精密的移相器件在参考光路中有序地引入特定移相值，改变参考光与测试光的相位差来实现相位调制，利用探测器(如CCD)采集数字化的干涉图，通过不同的波面求解算法准确计算出干涉图中所包含的波面信息，测量精度可达到 1/50 波长。移相方法可以分为时域移相和空域移相，空域移相干涉术通过空间移相组件将干涉图的采集方式从时域采集转换到空域采集，在同一时刻、空间的不同位置得到多幅移相干涉图，因此又称为同步移相干涉术。该技术一般基于偏振移相原理，将干涉仪的参考光与测试光分为多路，每一路通过偏振器件（偏振片或波片）引入不同移相量，因此能够“瞬时”采集到所需的移相干涉图，从根本上避免了振动这类时变误差因素对干涉测量的影响。同步移相干涉术是目前抗振效果最好的干涉测试技术，也代表了移相干涉仪的发展趋势。根据分光方式的不同，同步移相干涉术可以分为棱镜分光结构、衍射元件分光结构和微像素掩膜结构三类。

基于棱镜分光的同步移相方案有很多，该类方案在干涉系统中得到一对正交偏振光作为参考光和测试光后，使用各种偏振和非偏振的分光棱镜将其分为几路，在每一路的参考光与测试光之间引入不同的相位差，从而实现空间移相。中国专利101776488A公开了一种利用同步移相干涉方法测量光学相位的方法及实现光路，用于测量光学相位，其中也使用了多个BS进行分光。此方案使用了六个CCD对各幅移相干涉图进行分别采集，其优点是每一幅干涉图都具有很高的空间分辨率，缺点是由于各CCD的响应不完全相同，空间一致性较难控制，装置体积大、成本高，且由不同CCD带来系统误差很难控制。

Hagyong Kihm（Fiber-diffraction interferometer for vibrationdesensitization Opt. Lett. , 2005, 36: 2059-2061.Vol.31,No.16）等人构建了一种同步移相的光纤点衍射干涉仪，该方案同样使用多个BS和PBS的组合器件实现分光，该组合器件令4路相干光处于同一方向，使各幅移相干涉图都被同一个CCD的四个象限所接收。该方案采用了泰曼型的干涉结构，整个装置结构复杂，系统误差大且调试难度大，特别是参考光测试光分光之后的合束很难精确对准。Liang-chia Chen（3-D surface profilometryusing simultaneous phase-shifting interferometry, Opt. Commu. 2010, 283:3376–3382.）等人提出的另一种基于PBS与BS组合的方案。此方案采用了一块平行平板进行分光，由于光在参考臂内的多次反射，干涉图像的光强很难控制，光能的利用率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于棱镜分光移相的斐索型同步移相干涉测试装置，能够实现棱镜的分光移相，并且适用于斐索型的共光路结构，减小干涉仪的系统误差，同时能够实现同步移相，减小环扰动带来的影响。