[发明专利]一种偏振同步移相干涉测量装置和方法

权利要求书

1.一种偏振同步移相干涉测量装置，其特征在于：其包括：激光器(1)、扩束镜(2)、准直镜(3)、第一分光棱镜(4)、第一偏振分光棱镜(5)、第一四分之一波片(6)、线偏振器(7)、空间光调制器(8)、参考镜(9)、第二偏振分光棱镜(10)、第二四分之一波片(11)、第一成像透镜(12)、第一偏振CCD相机(13)、被测镜(14)、第三四分之一波片(15)、第二分光棱镜(16)、第四四分之一波片(17)、第二成像透镜(18)、第二偏振CCD相机(19)；

系统光路包括干涉测量光路和偏振补偿光路；

干涉测量光路用于对空间光调制器的面形进行实时监测，光路如下：激光器出射的激光经过扩束镜和准直镜后，被第一分光棱镜分成两路，其中反射光入射到参考镜，经其反射后通过第一分光棱镜、第二偏振分光棱镜、第二四分之一波片、第一成像透镜进入第一偏振CCD相机，作为第一参考光；透射光束到达第一偏振分光棱镜，光束的P偏振分量透射，经过第一四分之一波片、线偏振器到达空间光调制器，而后被其反射，并通过上述元件回到第一偏振分光棱镜位置；然后依次被第一偏振分光棱镜、第二分光棱镜、第二偏振分光棱镜反射后，经过第二四分之一波片、第一成像透镜进入第一偏振CCD相机，作为第一测量光，并与第一参考光发生干涉；

偏振补偿光路用于对被测镜进行近零补偿，光路如下：

激光器出射的激光经过扩束镜和准直镜后，被第一分光棱镜分成两路，其中的透射光入射到第一偏振分光棱镜；光束的S偏振分量被反射，经过第三四分之一波片到达被测镜，被反射后再次经过第三四分之一波片，并依次通过第一偏振分光棱镜、第二分光棱镜、第四四分之一波片和第二成像透镜，进入到第二偏振CCD相机，作为第二测量光；光束的P偏振分量透射，经过第一四分之一波片、线偏振器到达空间光调制器，而后被其反射，并通过上述元件回到第一偏振分光棱镜位置；反射光中的S偏振分量依次被第一偏振分光棱镜反射、第二分光棱镜透射，而后通过第四四分之波片、第二成像透镜进入到第二偏振CCD相机，作为第二参考光，并与第二测量光发生干涉。

2.根据权利要求1所述的偏振同步移相干涉测量装置，其特征在于：所述线偏振器的方向偏振方向平行于空间光调制器的液晶光轴方向。

3.根据权利要求2所述的偏振同步移相干涉测量装置，其特征在于：所述空间光调制器工作在纯相位调制模式。

4.根据权利要求3所述的偏振同步移相干涉测量装置，其特征在于：所述第一、第二、第三、第四四分之一波片的快轴方向与P偏振方向夹角为45°。

5.根据权利要求4所述的偏振同步移相干涉测量装置，其特征在于：所述被测面为一块面形误差未知的Φ8mm的亚克力平面镜；测量过程中，采用4英寸DynaPhase干涉仪出射的632.8nm的圆偏光作为实验系统光源，约束光束口径为25.4mm；采用反射式空间光调制器，其像素数为1920×1080，通光孔径为15.36mm×8.64mm，像素间距为8μm。

6.根据权利要求1所述的偏振同步移相干涉测量装置的测量方法，其特征在于：其包括以下步骤：

(1)从干涉图结算相位信息；

(2)系统误差的标定；

(3)求解被测面引入的相位；

(4)计算被测面面形。

7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于：所述步骤(1)中，从第一偏振CCD相机上的干涉图中结算出的相位信息表示为：

其中，为结算出的相位信息，为不完善的制造工艺导致的空间光调制器底板不均匀性引起的内在固有畸变，为对被测镜进行补偿时空间光调制器附加的相位，为干涉测量光路中其他光学元件制造和定位误差引入的相位；

从第二偏振CCD相机上的干涉图中结算出的相位信息表示为：

其中，为结算出的相位信息，为不完善的制造工艺导致的空间光调制器底板不均匀性引起的内在固有畸变，为对被测镜进行补偿时空间光调制器附加的相位，为被测镜产生的相位，为偏振补偿光路中其他光学元件制造和定位误差引入的相位。