[发明专利]一种基于菲涅尔波带片的多波径向剪切干涉仪

说明书

本发明提出一种基于菲涅尔波带片的多波径向剪切干涉仪，由一个菲涅尔波带片和一个图像探测器组成，待测光束入射到菲涅尔波带片，由于波带片有多个焦点，经过菲涅尔波带片的衍射，形成多束光，多束光传播一段距离后，由于各光束的孔径不同，形成径向剪切干涉，干涉条纹被图像探测器记录。通过单幅干涉图即可提取相位差，利用波前复原算法重构待测波前畸变信息，调整图像探测器到波带片的距离可以调整测量的动态范围。本发明仅使用一个菲涅尔波带片和一个图像探测器即可实现波前测量，结构简单、稳定可靠，适用于瞬态波前和大动态范围波前检测。

技术领域

本发明属于光学信息测量技术领域，涉及一种测量入射光束波前的干涉仪，尤其涉及一种基于菲涅尔波带片的多波径向剪切干涉仪。

背景技术

径向剪切干涉仪是波前探测技术的主要方法之一，被广泛应用于光学元件检测，自适应光学，激光光束诊断，角膜地形图测量领域。不同于横向剪切干涉仪有部分信息不参与干涉，存在信息丢失问题，径向剪切干涉仪中参与剪切干涉的缩小光束包含了待测光束的全部信息，无信息丢失，因此更具有优势。

目前，最为常用的径向剪切干涉仪是环路型径向剪切干涉仪，它具有很高的测量精度和很好的可重复性。但是它需要两个透镜，两个反射镜和一个分光器来实现径向剪切干涉，结构复杂，调整不变，并且为了从干涉图中提取相位信息，需要在光路中引入倾斜或者相移，容易破坏干涉仪的稳定性。另外一种常用的径向剪切干涉仪是双菲涅尔波带片径向剪切干涉仪，他不仅需要两个菲涅尔波带片，还需要一个针孔滤掉波带片多余的衍射级次，但是针孔的大小和位置会影响测量的准确性，并且很难调整，同时也需要在光路中引入倾斜来提取相位。其他不常用径向剪切干涉仪基本也存在上述问题或有更严重的缺点。因此设计紧凑的，便于调整的径向剪切干涉仪是当务之急。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：1、传统的径向剪切干涉仪结构复杂，需要多个光学元件实现径向剪切干涉，调整不便。2、传统的径向剪切干涉仪为了从干涉图中提取相位信息，需要在光路中引入相移或者倾斜，容易破坏干涉系统的稳定性。

本发明采用的技术方案是：

一种基于菲涅尔波带片的多波径向剪切干涉仪，所述的干涉仪由一个菲涅尔波带片和一个图像探测器组成；待测光束经过菲涅尔波带片的衍射，形成多束光，其中包括近似的平面光，会聚光和发散光，多束光传播一段距离后，此距离小于菲涅尔波带片的焦距，由于各光束的孔径不同，发生径向剪切干涉，在图像探测器靶面产生多波径向剪切干涉条纹；单幅干涉条纹中包含了多个剪切相位差，利用一定的相位提取算法可将待测波前的径向斜率信息提取出来，然后重构待测波前；此径向剪切干涉仪的径向剪切比可调，并且调整方便，只需要改变图像探测器到菲涅尔波带片的距离z，对于±1级衍射光形成的剪切，径向剪切比是s＝(f-z)/(f+z),f是菲涅尔波带片的焦距。

其中，菲涅尔波带片既可以是振幅型的，也可以是相位型的；对于振幅型，既可以是正菲涅尔波带片，也可以是负菲涅尔波带片，也可以是半径满足余弦函数的类菲涅尔波带片。

其中，图像探测器可以是CCD，CMOS，或其他阵列型探测器。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明通过单个菲涅尔波带片，实现了径向剪切干涉，简化了径向剪切干涉仪的结构，扩大了径向剪切干涉仪的应用领域；

(2)本发明的径向剪切比可通过改变图像探测器到菲涅尔波带片的距离而调整，因此适用于大动态范围波前探测；

(3)本发明只需要单幅径向剪切干涉图即可重构待测波前，可应用于动态波前探测；

(4)本发明光路中天然包含圆形载频，不需要在光路中引入相移或者倾斜，也无需在光路中加入针孔，即可提取相位信息，系统更稳定，更可靠。

附图说明

图1为本发明基于菲涅尔波带片的多波径向剪切干涉仪的结构示意图；