[发明专利]一种自然振动时空混合移相微球表面形貌检测系统

权利要求书

1.一种自然振动时空混合移相微球表面形貌检测系统，其特征在于，所述系统包括球面波产生装置、D形反射镜(7)、会聚放大装置、一号准直透镜(12)、分光棱镜(13)、调制耦合器、一号单模保偏光纤(16)、准直透射装置、棱镜组(19)、偏振片组(20)、检偏器(21)、面阵相机(22)和计算机，

球面波产生装置发出的球面波分别两部分，

一部分球面波作为参考光被D形反射镜(7)反射至一号准直透镜(12)上，

另一部分球面波作为测量光经过会聚放大装置后到达被测微球表面(11)，经过被测微球表面(11)反射后的光携带着带有自然振动的被测微球表面形貌信息返回会聚放大装置，由会聚放大装置出射的光返回至球面波产生装置，由球面波产生装置反射进入D形反射镜(7)，由D形反射镜(7)反射至一号准直透镜(12)，经一号准直透镜(12)准直后，与参考光合束，生成的合束光经分光棱镜(13)的透射和反射分别形成透射光和反射光；

透射光中的参考光和测量光经检偏器(21)统一偏振方向后产生干涉，形成的干涉光由面阵相机(22)采集，作为主干涉图；

反射光经调制耦合器调制耦合后进入一号单模保偏光纤(16)滤除测量光中形貌起伏信息后，由一号单模保偏光纤(16)出射的光经准直透射装置将参考光和测量光调制为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，再由棱镜组(19)分为完全相同的4束平行光，4束平行光经偏振片组(20)中与水平方向成不同角度放置的4个偏振片调制后，形成4束移相量为0、π/2、π、3π/2的干涉光，4束干涉光经分光棱镜(13)的分光面反射，到达面阵相机(22)的四角，由面阵相机(22)采集4束干涉光，作为4个辅助干涉图；

计算机，用于采集每帧主干涉图和4个辅助干涉图，根据每帧移相量为0、π/2、π、3π/2的4个辅助干涉图解算此时主干涉图中由自然振动引入的随机移相量，根据随机移相量解算出被测微球表面(11)的相位信息，根据该相位信息得到被测微球表面(11)的高度信息，此高度信息为被测微球表面(11)形貌。

2.根据权利要求1所述的一种自然振动时空混合移相微球表面形貌检测系统，其特征在于，球面波产生装置包括激光器(1)、一号λ/2波片(2)、一号光纤耦合器(3)、二号单模保偏光纤(4)、高倍显微物镜(5)和针孔反射镜(6)，

针孔反射镜(6)一侧中心设置圆形的反射镀膜，且反射镀膜朝向会聚放大装置侧，反射镀膜中心开设通孔，

激光器(1)发出的线偏振激光透射进入一号λ/2波片(2)，通过调节一号λ/2波片(2)的位置来调节一号λ/2波片(2)出射光束进入一号光纤耦合器(3)的偏振方向，一号λ/2波片(2)出射光束经过一号光纤耦合器(3)耦合进入二号单模保偏光纤(4)进行滤波后经过高倍显微物镜(5)会聚于针孔反射镜(6)的通孔内，由针孔反射镜(6)的通孔进行衍射，产生球面波。

3.根据权利要求2所述的一种自然振动时空混合移相微球表面形貌检测系统，其特征在于，反射镀膜中心的通孔直径为1μm，反射镀膜直径为100μm。

4.根据权利要求2所述的一种自然振动时空混合移相微球表面形貌检测系统，其特征在于，激光器(1)发出的线偏振激光的波长为523nm，输出功率300mw。

5.根据权利要求2所述的一种自然振动时空混合移相微球表面形貌检测系统，其特征在于，会聚放大装置包括二号准直透镜(8)、一号λ/4波片(9)和显微物镜(10)，

测量光依次经二号准直透镜(8)、一号λ/4波片(9)和显微物镜(10)到达被测微球表面(11)，经过被测微球表面(11)反射后的光携带着带有自然振动的被测微球表面形貌信息依次沿显微物镜(10)、一号λ/4波片(9)、二号准直透镜(8)、针孔反射镜(6)反射镀膜反射、D形反射镜(7)和一号准直透镜(12)准直后，与参考光合束。