[发明专利]抗振动菲索干涉测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种抗振动菲索干涉测量装置及方法，可降低振动对测量结果的影响。装置包括用于对光源进行扩束准直及偏振态调制的短相干光源模块；用于检测被测镜与参考镜振动相位平面的辅助干涉测量模块；用于测量被测镜相位分布的主干涉测量模块。光源模块为短相干光源，结合迈克尔逊干涉测试光路，可得到一对具有特定光程差的正交线偏振光；主光路与辅助光路分别单独成像获得干涉图，其中辅助光路为双通道设计，可分别测量参考镜与被测镜的振动平面。最后对得到的三组干涉图进行相位解算即可得到被测光学元件面形。本发明的装置和方法不仅抗振动效果好、而且测量精度高，成本较低。

技术领域

本发明涉及光干涉计量测试领域，特别是一种抗振动菲索干涉测量装置及方法。

背景技术

当下，光干涉测量技术被广泛应用于测量光学元件面形，经过数十年的发展，已有多种装置及测量方法得到开发利用，如传统的Twyman-Green干涉仪、Fizeau干涉仪以及空间载频法、移相法等。其中以移相干涉术为例，该方法采集一组移相干涉图来恢复被测相位。在标准相移干涉测量中，通过移相器产生干涉图之间2π/N的恒定移相，其中N大于等于3，此方法对由于振动引起的移相图变化无法测量，这导致精度降低。

现有两种途径可以降低振动的影响：一是从干涉测量装置上克服振动的干扰，比较常用的是在干涉仪中采用同步四步移相法来解决，目前在这方面的代表是美国4D公司的干涉仪，该方法在光路中加以偏振相机，再将干涉光路分为四支，实现了同步采集四副移相干涉图，此方法的不足之处是偏振相机所采集的四幅干涉图因器件工艺会产生不同背景强度和调制度，从而带来较大的面形测量误差；二是从算法入手，该方法对正常采集到的干涉图进行一定的算法运算，以此计算出振动的影响，该类方法相对简单，但在处理干涉条纹数量相对较少的情况时，效果不佳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能降低外界振动对干涉测量结果的影响，且具有较高精度与较低成本的干涉测量装置及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：抗振动菲索干涉测量装置，包括用于对光源进行扩束准直及偏振态调制的短相干光源模块，用于检测被测镜与参考镜振动相位平面的辅助干涉测量模块，以及用于测量被测镜相位分布的主干涉测量模块；其中辅助干涉测量模块包括两条辅助测试光路，主干涉测量模块构成菲索干涉测试光路。

一种抗振动菲索干涉测量方法，包括以下步骤：

步骤1、激光器出射线激光，依次通过1/2波片、第一偏振分束镜，第一偏振分束镜将线激光分为正交的p光和s光，s光依次经第一1/4波片、第一标准镜反射、第一偏振分束镜透射、第一扩束镜进入第一分束镜；p光依次经第二1/4波片、第二标准镜反射、第一偏振分束镜反射、第一扩束镜进入第一分束镜，形成一对正交偏振光束；

步骤2、第一分束镜将所述一对正交偏振光束分成相同的两束光；

其中一束偏振光依次经第二分束镜、第二扩束镜准直、参考镜反射、被测镜反射后，被第二分束镜反射和透射，第二分束镜的反射光依次经第三1/4波片、偏振片、第二光阑、第三扩束镜成像至第一面阵探测器；第二分束镜的透射光入射至第一分束镜记为第一光束；

另一束偏振光被第二偏振分束镜两束偏振光，一束偏振光经第三标准镜反射后返回至第一分束镜记为第二光束，另一束偏振光依次经反射镜、第四标准镜反射后返回至第一分束镜记为第三光束；

步骤3、所述第一光束、第二光束、第三光束在第一分束镜汇聚后，经第三光阑入射至第三偏振分束镜被分为两束正交偏振光，一束偏振光经第五扩束镜成像至第二面阵探测器，另一束偏振光经第六扩束镜成像至第三面阵探测器；

步骤4、解算第二面阵探测器和第三面阵探测器上的干涉图获得振动平面，解算第一面阵探测器上的干涉图并结合振动平面获得被测件真实面形。