[发明专利]剪切量可调的透射式双频激光微分干涉测量装置及方法有效

专利信息
申请号: 201910398234.9 申请日: 2019-05-14
公开(公告)号: CN110030921B 公开(公告)日: 2021-02-02
发明(设计)人: 陈强华;孔祥悦;孙启国;吕洪波;何广平;司丽娜;豆照良;祖岩;朱炜;杨延竹;李艳红;柴娟芳 申请(专利权)人: 北方工业大学
主分类号: G01B9/02 分类号: G01B9/02
代理公司: 北京挺立专利事务所(普通合伙) 11265 代理人: 王静思
地址: 100144 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 剪切 可调 透射 双频 激光 微分 干涉 测量 装置 方法
【说明书】:

发明涉及一种剪切量可调的透射式双频激光微分干涉测量装置及方法。本发明所公开的装置和方法使用两个渥拉斯顿棱镜代替Nomarski棱镜和透镜,移动第二渥拉斯顿棱镜可使光束剪切量在一定范围内可调,以便适应不同情况被测相位物体的测量需求;且采用双频激光作为光源,相干性更强,形成的干涉图案更清晰。

技术领域

本发明涉及光学技术领域,特别是剪切量可调的透射式双频激光微分干涉测量装置及方法。

背景技术

二十世纪中期发明了微分干涉相衬显微技术,其在观察材料表面形貌和透明物体的相位信息方面有着独特的效果。六十年代中期,Nomarski对棱镜进行了改进,使得其能够用在高倍测量领域。在之后几十年中,Delbert、Hartman等提出了完整的量化测量理论,使微分干涉相衬技术实现了定量测量。近年来,随着CCD、采集卡等相应技术的提高,微分干涉相衬测量技术得到了广泛的应用。

典型的微分干涉相衬测量技术采用Nomarski棱镜,将白炽灯光源发出并经起偏器后形成的线偏振光分成两条振动方向互相垂直、传播方向之间有微小夹角的P、S偏振光,再通过透镜形成平行的、分离量(即剪切量)略小于透镜空间分辨率的两束光,然后通过相位物体。由于两束光略有分离,因此投射在物体的不同位置,造成两束光的光程不一致。两束光在重新合并后经过检偏器发生干涉。由于两束光的剪切量很小,不会形成类似迈克尔逊干涉仪的多个干涉条纹,而是会把物体相位信息变化以明暗变化的方式表现出来,形成相衬效果的干涉图像,从而敏锐地表现出物体相位分布。最后通过算法从中得到相位物体的信息。

在上述方案中,被Nomarski棱镜分离的两束光在通过透镜后变成平行光束,这样两束光在通过被测相位物体时沿着光线前进方向的剪切量始终不变,便于定量测量和标定。为此,Nomarski棱镜的分光面位于透镜的前焦面,也使得两束光的剪切量固定不可调节。然而,在实际应用中,由于被测相位物体情况各异,测量时希望能对剪切量进行适当调节,以获得最优的干涉图像。

为实现剪切量可调的目的,本发明提出一种剪切量可调的透射式双激光微分剪切干涉光路以解决上述问题。

发明内容

本发明为解决上述技术问题,提供了一种剪切量可调的透射式双频激光微分干涉测量装置及方法,其能实现光束剪切量在一定范围内的可调。

为解决上述技术问题,本发明是按如下方式实现的:一种剪切量可调的透射式双频激光微分干涉测量装置,其包括:双频激光器,双频激光器的输出光路上从左到右依次设置有第一渥拉斯顿棱镜、第二渥拉斯顿棱镜、待测样品、第一反射镜,第一反射镜的反射光路从右到左依次经过第二渥拉斯顿棱镜、第一渥拉斯顿棱镜,最终被第二反射镜反射,第二反射镜的反射光路从上到下依次设置有四分之一波片、偏振片和CCD探测器。

进一步的,所述第一渥拉斯顿棱镜和第二渥拉斯顿棱镜规格相同,组合方式如图1所示,第一渥拉斯顿棱镜和第二渥拉斯顿棱镜上所画的双竖线“||”和双圆点“··”代表光轴方向。

进一步的,所述第一渥拉斯顿棱镜和第二渥拉斯顿棱镜的楔角为0.28°。

进一步的,所述第二渥拉斯顿棱镜与第一渥拉斯顿棱镜间距离的调节范围为10~20mm。

本发明的另一目的还在于提供一种剪切量可调的透射式双频激光微分干涉测量方法,其包括如下步骤:

步骤一:打开双频激光器,使双频激光器发出一对具有互相正交的P、S线偏振光;

步骤二:通过前后移动第二渥拉斯顿棱镜来调节如步骤一所述的P、S线偏振光穿过第一渥拉斯顿棱镜和第二渥拉斯顿棱镜后得到的两束平行光的剪切量;

步骤三:使用CCD探测器记录干涉图案;

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