[发明专利]一种点光源异位式马赫‑曾德尔干涉仪测量装置及方法

权利要求书

1.一种点光源异位式马赫-曾德尔干涉仪测量装置，其特征在于，包括顺次设置的点光源(1)、分光组件(2)、主干涉仪(7)和分光成像组件(14)，其中：

所述点光源(1)发出球面波，分光组件(2)将点光源(1)复制成四个相同的点光源，然后通过调整四个点光源在主干涉仪(7)的准直物镜焦面上与光轴的距离，在参考面与测试面的干涉中引入相应的相移量，最后通过分光成像组件(14)在一个CCD上同时获取四幅成像清晰的相移干涉图。

2.根据权利要求1所述的点光源异位式马赫-曾德尔干涉仪测量装置，其特征在于，所述分光组件(2)包括共光轴顺次设置的第一准直物镜(3)、棋盘光栅(4)、第一会聚物镜(5)和孔径光阑(6)；所述孔径光阑(6)滤出棋盘光栅(4)的(±1，±1)级四束衍射光，并滤除其它级次衍射光，所得的四束衍射光复振幅相同，分别位于正方形的四个顶点，该正方形位于第一会聚物镜(5)的焦面，中心不在主干涉仪(7)的光轴上，正方形的边长d即相邻发散球面波的横向错位距离，d由棋盘光栅(4)与第一会聚物镜(5)确定：

d＝2f₁λ/Λ

其中，f₁为第一会聚物镜(5)的焦距，λ为入射光波长，Λ为棋盘光栅(4)的光栅周期。

3.根据权利要求1所述的点光源异位式马赫-曾德尔干涉仪测量装置，其特征在于，所述主干涉仪(7)为马赫-曾德尔干涉仪，包括共光轴设置的第二准直物镜(8)、第一分光棱镜(9)、第一反射镜(10)、第二反射镜(11)、测试件(12)和第二分光棱镜(13)；从点光源(1)发出的球面波经分光组件(2)分成四束后进入主干涉仪(7)，每束光分别由第二准直物镜(8)扩束，然后被第一分光棱镜(9)分成两路：一路光通过参考臂，即第一反射镜(10)；另一路光通过测试臂，即第二反射镜(11)和测试件(12)；最后两路光再经第二分光棱镜(13)重新会合后，进入分光成像组件(14)；

测试光经测试件后引入光程差的变化为D，调整异位式点光源到主干涉仪光轴之间的错位距离r，相应的移相量为：

δ(r)=n-12nDk(r/f4)2]]>

其中，D为待测件引入的光程差，n为待测件的折射率，k＝2π/λ为波矢，f₄为主干涉仪中准直物镜的焦距。

4.根据权利要求1所述的点光源异位式马赫-曾德尔干涉仪测量装置，其特征在于，所述分光成像组件(14)包括共光轴顺次设置的第二会聚物镜(15)、透镜阵列(16)、成像物镜(17)、CCD(18)；所述透镜阵列(16)位于第二会聚物镜(15)的焦面；经参考臂与测试臂后的四组参考光与测试光，分别经过透镜阵列(16)中各个透镜的物方主点，然后经成像物镜(17)准直成平行光，在CCD(18)的靶面上形成四个光斑。

5.根据权利要求4所述的点光源异位式马赫-曾德尔干涉仪测量装置，其特征在于，所述透镜阵列(16)为2×2负透镜阵列，每个负透镜的焦距f₂满足f₂＝-dF_#，其中d为相邻发散球面波的横向错位距离，F_#为主干涉仪(7)中第二准直物镜(8)的F数。

6.根据权利要求4所述的点光源异位式马赫-曾德尔干涉仪测量装置，其特征在于，所述成像物镜(17)的前焦面与透镜阵列(16)的像方主面重合，成像物镜(17)的焦距f₃满足f₃≤LF_#/2，其中L为CCD(18)靶面的宽度。