[发明专利]用于自由曲面干涉检测的自适应补偿环形腔装置与方法

权利要求书

1.用于自由曲面干涉检测的自适应补偿环形腔装置，其特征在于：包括偏振干涉系统（L1）、自适应补偿环形腔系统（L2）、部分零位补偿镜（L3）和被测自由曲面（L4）；

所述偏振干涉系统（L1）包括依次水平设置的激光器（S1）、扩束器（S2）、第一分束器（S3），所述第一分束器（S3）的上侧光路上设置有第一标准平面反射镜（S4），所述第一分束器（S3）的下侧光路上设置有第二分束器（S5）,所述第二分束器（S5）的反向依次水平设置有RP（S6）、成像透镜（S7）和CCD图像传感器（S8）；

所述自适应补偿环形腔系统（L2）包括水平设置的第一偏振分束器（S9）、λ/2波片（S10）、可变形反射镜（S11），所述第一偏振分束器（S9）的下侧光路依次设置有第三分束器（S12）、第二偏振分束器（S14），所述可变形反射镜（S11）的下侧光路设置有第二标准平面反射镜（S13）；

所述第二偏振分束器（S14）的反向依次水平设置所述部分零位补偿镜（L3）和被测自由曲面（L4）；

所述偏振干涉系统（L1）的激光器（S1）、扩束器（S2）、第一分束器（S3）与所述自适应补偿环形腔系统（L2）的第一偏振分束器（S9）、λ/2波片（S10）、可变形反射镜（S11）在同一水平方向上，所述第二分束器（S5）、RP（S6）、成像透镜（S7）和CCD图像传感器（S8）与所述第三分束器（S12）在同一水平方向上，所述第二偏振分束器（S14）与所述第二标准平面反射镜（S13）在同一水平方向上；

所述部分零位补偿镜（L3）给旋转对称像差补偿，所述可变形反射镜（S11）给非旋转对称像差补偿。

2.根据权利要求1所述的用于自由曲面干涉检测的自适应补偿环形腔装置，其特征在于：所述第一分束器（S3）、第二分束器（S5）的反射/透射比为0.5：0.5，所述第三分束器（S12）的反射/透射比为0.3：0.7。

3.一种基于权利要求1所述的用于自由曲面干涉检测的自适应补偿环形腔装置的方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）激光器（S1）出射的细光束被扩束器（S2）扩束后，经第一分束器（S3）将扩束器（S2）传输的准直光束分为两部分，其中一路被第一分束器（S3）反射，根据第一分束器（S3）的反射/透射比，相应比例的光能被第一分束器（S3）反射，相应比例的光能透过第一分束器（S3）继续向前传播至自适应补偿环形腔系统（L2）；第一分束器（S3）的反射光线在被第一标准平面反射镜（S4）反射后返回并透过第一分束器（S3），经第二分束器（S5）反射后通过RP（S6）和成像透镜（S7）作为参考光束；

（2）偏振干涉系统（L1）的光束进入自适应补偿环形腔系统（L2）中，P偏振光全部通过第一偏振分束器（S9）后穿过λ/2 波片（S10），其偏振方向发生90度偏转变为S偏振光到达可变形反射镜（S11），可变形反射镜（S11）预先完成位姿标定，经过可变形反射镜（S11）反射后到达第二标准平面反射镜（S13），继续被第二标准平面反射镜（S13）反射，由于此时光束为S偏振光所以经过第二偏振分束器（S14）时所有光束全部被反射；经过第三分束器（S12）时一部分S偏振光被第三分束器（S12）反射，根据第三分束器（S12）的反射/透射比，相应比例的光能被第三分束器（S12）反射，该反射光线依次通过偏振干涉系统（L1）中的第二分束器（S5）、RP（S6）和成像透镜（S7），由于这部分S偏振光只经历可变形反射镜（S11）的一次反射，所以携带可变形反射镜（S11）表面变形的信息成为监测光束，监测光束和参考光束的S偏振光发生干涉，干涉图成像到CCD图像传感器（S8）上，相应比例的光能透过第三分束器（S12）到达第一偏振分束器（S9），此时仍为S偏振光所以全部被第一偏振分束器（S9）反射，并再次穿过λ/2波片（S10）后成为P偏振光，经过可变形反射镜（S11）和第二标准平面反射镜（S13）的两次反射后，将全部透过第二偏振分束器（S14）并经过部分零位补偿镜（L3）；

（3）经过自适应补偿环形腔系统（L2）和部分零位补偿镜（L3）像差校正后的波形与被测自由曲面（L4）的表面匹配，该路波束被被测自由曲面（L4）反射，经被测自由曲面（L4）反射后，由所述自适应补偿环形腔系统（L2）反向传输接受另一次像差校正，变成近似的准直光束，准直光束返回偏振干涉系统（L1）被第一分束器（S3）反射后到达第二分束器（S5）继续被第二分束器（S5）反射，依次通过RP（S6）和成像透镜（S7），返回的P偏振光携带被测自由曲面（L4）的面形信息作为检测光束，检测光束和参考光束的P偏振光发生干涉，干涉图成像到CCD图像传感器（S8）上；

（4）通过CCD图像传感器（S8）接收的干涉图对自适应补偿环形腔系统（L2）进行反馈控制，以产生干涉仪可分辨的稀疏干涉图，用以测量被测自由曲面（L4）的面形。