[发明专利]一种基于等效波长π/(2k)相移的双波长时域相位解调方法

说明书

本发明公开了一种基于等效波长π/(2k)相移的双波长时域相位解调方法，在双波长同时移相干涉检测中，实现了双波长莫尔条纹中等效波长相位的提取。通过以等效波长的π/(2k)为移相步进量进行移相，对莫尔条纹干涉光强信息加乘处理，结合时域移相干涉处理方法和频谱选通技术，获取了等效波长π/(2k)移相间隔干涉图。对其干涉图序列间隔k帧抽取π/2移相间隔的干涉图序列，得到等效波长π/2移相间隔干涉图。利用移相算法处理，最终实现了零载频引入条件下莫尔条纹种等效波长相位信息的提取，解决了传统双波长同时移相干涉中莫尔条纹处理方法对空域载频的依赖问题。

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，特别是一种基于等效波长π/(2k)相移的双波长时域相位解调方法。

背景技术

移相干涉检测具有高精度、无接触和自动程度高等优点，因而在光学元件面形、光学系统性能以及光学材料特性的测试等方面具有广泛的应用。传统的移相干涉检测采用单一波长的激光光源，其测试范围受限于其工作波长，因而在检测非球面等大梯度变化面形时其干涉条纹会过密而导致无法解调相位。

为了解决上述问题，通常采用以下方法：第一，提高探测器的分辨率可以使之分辨更为密集的干涉条纹，从而达到扩展测量范围的目的，但高分辨率的探测器一般价格昂贵，同时，探测器分辨率的提高也会导致测试速度的下降。第二，采用零位补偿测量技术可以测量大梯度球面或者非球面，但由于被测光学面和最佳拟合面之间的偏差通常是未知的，即使采用零位补偿进行测试，干涉图也可能难以分析。第三，采用波长较长的红外波段的干涉仪也可以在一定程度上扩展测量范围，但红外波段的干涉仪需要使用红外波段的光学材料与红外探测器，加工与装调难度大，成本高。第四，利用亚奈奎斯特(Sub-Nyquist)采样探测方法可以解决利用传统PSI检测非球面条纹过密的问题，但由于SNI偏离零位干涉条件，会存在较大的回程误差而需要特殊的校正技术，且SNI中要求使用稀疏阵列探测器，其设计和加工要较常规探测器复杂。第五，采用剪切干涉技术，通过测量两个垂直方向上的差分波面来恢复原始波面，也可以实现大偏差面形的测量，虽然这种方法的测量装置简单，但后续的数据处理过程及其繁杂，且精度较低。第六采用子孔径拼接检测，将光学元件分割成若干子孔，通过移动干涉测量系统或被测件完成对每个子孔的干涉测量，得到一系列波面数据，再将这些波面数据进行拟合拼接，得到整个表面的面形偏差。但子孔径拼接检测时由于拼接误差的累积以及子孔的运动误差使得精度偏低，且检测过程需要按照顺序对每个子孔进行测量，费时费力，测量效率很低。