[实用新型]一种基于随机编码混合光栅的可变剪切率的波前传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于随机编码混合光栅的可变剪切率的波前传感器，主要涉及光学波前检测及定量相位检测领域。

背景技术

横向剪切技术基于共路剪切干涉的原理，无需额外的参考光路，抗干扰能力强，隔震效果好，稳定性高，可以在一般的检测环境中实现高精度检测，适用于光学系统像差，球面、非球面面形以及生物细胞相位信息的测量。

传统横向剪切干涉仪需要采集到两个严格正交方向的横向剪切干涉图才能重构出原始波前，所涉及的光路结构较复杂，调节过程较繁琐，不利于仪器化及进行通用化检测。四波前横向剪切干涉仪可以利用单幅图像获得两个正交方向的剪切干涉图，可以极大地简化光路结构，缩小仪器体积，极大减小测量操作难度，利于集成化和仪器化，由于四波前共路特性使得干涉条纹极为稳定，更利于在一般环境中进行检测。四波前横向剪切干涉仪的重点和难点在于设计产生四个子波前的光栅。

现有的四波前横向剪切干涉仪有交叉光栅横向剪切干涉仪和改进型哈特曼模板横向剪切干涉仪(MHM)以及随机编码混合光栅。交叉光栅的分光作用将待测波前在两个正交方向上产生多个衍射级次，但需要级次选择窗口选择1级衍射光，其可用于高精度波前检测，但是对仪器调节机构精度要求极高，检测操作复杂。MHM在交叉光栅的基础上引入了相位光栅抑制大部分无关级次，优点在于无需级次选择窗口，结构紧凑，调节方便。但由于残存的±5级和±7级等级次依然会对四波前干涉产生干扰，且在调整观察面设置剪切率的时候存在Talbot效应，只能在特定的位置得到较为理想的四波前干涉，不能完全实现剪切率任意设定。基于光通量约束的随机编码混合光栅利用振幅光栅和用于相位调节的相位光栅，无需级次选择窗口，衍射光中只包含四束相同的子波，可以用于四波前横向剪切干涉。对于随机编码光栅和CCD之间距离不可调节的装置，其检测对象的多样性受到限制，因此需要提出一种能够实现任意剪切率的波前传感器装置，用于更加通用化的波前高精度检测。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于随机编码混合光栅的可变剪切率的波前传感器。

基于随机编码混合光栅的可变剪切率的波前传感器；在现有传感器的基础上设计了能够实现可变剪切率的传动装置；具体包括传动装置、随机编码混合光栅、配合固定件、CCD；传动装置包括转动件、光栅装持件和螺钉，转动件内圈设置有带螺纹的螺旋线；配合固定件的上部分设置在转动件和光栅装持件之间，下部分用于将整个传动装置与CCD固定；转动件内侧壁上开有长条形的凹槽，光栅装持件的外壁上开有螺纹孔，螺钉将转动件和配合固定件固定于一体，同时螺钉的另一端设置在转动件内侧壁的凹槽内；随机编码混合光栅设置在光栅装持件靠近CCD的一端。

本实用新型通过传动装置改变剪切率的实现如下：

测量过程中沿着光轴方向顺时针或逆时针调整转动件，进而通过螺钉带动光栅装持件在传感器内部沿着光轴方向在规定距离范围内直线移动，从而带动随机编码混合光栅与CCD之间的距离连续变化；待测波前经过随机编码混合光栅后衍射产生四个带倾斜的子波前，在像面上产生四波前横向剪切干涉图并由CCD采集，由于干涉图的剪切率由随机编码混合光栅和 CCD之间的距离决定，因此能够通过该传感器实现横向剪切干涉剪切率连续调节。

本实用新型传感器的剪切率β为：

其中D为入射光束口径，λ为入射光波长，d为光栅栅距，H为相位光栅厚度；L为随机编码混合光栅到CCD之间的距离，其调节范围为0.8mm-11mm，由于光栅与CCD之间需要有一定距离以保护CCD因此需要有最近距离0.8mm，对应得到剪切率β范围为 0.0155-0.1937。

本实用新型对于畸变量不同的波前需要采用不同的剪切率以兼顾精度和灵敏度，对于PV(Peak-to-Valley)值较大的波前需要小的剪切率以确保精度，对于PV值较小的波前则可适当选择大剪切率增加灵敏度。相对于剪切率不可改变的系统，单一剪切率不能适用于多种类型的波前，而可变剪切率的波前传感器能够用于更多对象的波前精确测量，调节装置简单灵活。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型提供的基于随机编码混合光栅的可变剪切率的波前传感器，通过调节波前传感器上的传动件实现精确调节随机编码混合光栅与 CCD之间的距离，在原有随机编码光栅测量畸变波前基础上，实现了四波前横向剪切干涉图的剪切率连续可调。波前传感器集成度高，机构简单，调节方便，测量灵活机动，精度高，通用化更加强。