[发明专利]一种基于涡旋光螺旋相位相移干涉检测物体面型装置

说明书

本发明公开了一种基于涡旋光螺旋相位相移干涉检测物体面型装置，由激光器发出的光，经过扩束准直及两个偏振片后，采用泰曼格林系统，在分光棱镜处，一束经扩束透镜组达到空间光调制器调制后发射产生涡旋光束作为参考光，另一束经过被测透明物体后经标准反射镜反射后，或直接经测量面型物体反射，与参考光在分光棱镜处合束，在光电传感器接收面上形成干涉图样；利用相位公式计算得到物体面型；本发明采用泰曼格林系统使空间光调制器与光轴垂直，该角度下空间光调制器的衍射效率达到最大，生成的涡旋光与物光干涉效果质量好。本发明将涡旋光与泰曼格林系统相结合，结构简单，易于操作，相移更加精确，相比现在技术有较大的进步。

技术领域

本发明属于光学检测技术领域，具体涉及一种基于涡旋光螺旋相位相移干涉检测物体面型装置。

背景技术

涡旋光束是一种新型的光束，它具有螺旋形波前结构，同时其每一个光子均携带有轨道角动量。涡旋光束的光束中心具有相位奇点，使得其横截面光强呈一环状中空分布。常见的涡旋光束有拉盖尔—高斯光束、贝塞尔光束等。由于涡旋光束具有螺旋相位，其相位分布是螺旋形的[0,2π]分布，因此可以通过设计涡旋光相位旋转角实现相移，从而用相移干涉技术检测物体二维面型情况。空间光调制器作为一种可以避免机械运动且能够在极短时间内改变其相移量的方法，而被广泛的作为相移器件使用，但此方法产生相移的实际测量相位值总在一个小范围内波动，对测量精度产生一定影响。用空间光调制器产生的涡旋光是通过相位角度来实现相移，而非相位值的变化产生相移，从理论上来说，在保证旋转角度精确的情况下，更有利于提高相移精度，从而减小对物体面型测量产生的误差。同时，采用涡旋光与泰曼格林系统相结合的检测装置，更有利于使实际中产生的涡旋光达到高衍射率，系统相移稳定性增强，与物光干涉效果好，从而使测量精确。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于涡旋光螺旋相位相移干涉检测物体面型装置，可以精确检测物体面型。

一种检测物体面型装置，包括检测模块、激光光源(1)、扩束准直模块(2)、分光棱镜(5)、扩束透镜组(6)、反射式纯相位液晶空间光调制器(7)、成像透镜(9)以及二维光电传感器(10)；

所述激光光源(1)用于产生激光光束，经扩束准直模块(2)扩束和准直处理后，送入分光棱镜(5)；

分光棱镜(5)将接收的光线分成反射光束和透射光束，其中：

透射光束照射到被测物体(8)后，反射光束再次经分光棱镜(5)反射到成像透镜(9)，并经其聚焦到二维光电传感器(10)上；

反射光束给扩束透镜组(6)，进行光束扩束并准直处理后，送给反射式纯相位液晶空间光调制器(7)，反射式纯相位液晶空间光调制器(7)将其调制成不同初始相位涡旋光，透过分光棱镜(5)后再经成像透镜(9)聚焦到二维光电传感器(10)上；

所述二维光电传感器(10)接收两路光束叠加形成的干涉图样；检测模块根据所述干涉图样检测被测物体(8)的面型。

进一步的，当被测物体(8)为透明物体时，还包括标准平面镜(11)，置于被测物体(8)之后。

较佳的，所述检测模块检测被测物体(8)的面型时，先获得被测物体(8)表面上各点的相位具体公式为：

其中，(x,y)表示涉图样上各点的坐标，I_n(x,y)表示第n个涡旋光相移下干涉图样上点(x,y)的光强；δ表示不同相位涡旋光每次相移的步长；l表示涡旋光的拓扑荷数，θ表示涡旋光的方位角；N表示涡旋光相移的总次数；

然后再对被测物体(8)表面各点的相位进行解包裹，得到被测物体(8)的面型。