[发明专利]一种实现同步四波横向剪切干涉测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种实现同步四波横向剪切干涉测量装置及方法，属于光学测量技术领域，解决了现有技术结构复杂、成本高，存在其他级次衍射光影响的问题。本发明利用两块具有双折射效应的晶体偏振分束器组合同步实现同步四波横向剪切，具体为一种实现同步四波横向剪切干涉测量装置，包括在主光轴上依次同心放置的被测元件、标准镜、分束棱镜、起偏器、第一晶体偏振分束器、第一λ/4波片、第二晶体偏振分束器、第二λ/4波片、检偏器、成像透镜、CCD相机，还包括与主光轴平行且同心设置的激光光源、显微物镜、透镜和平面反射镜。本发明光路调试简单，避免了二维光栅透射级次限定的问题，设计成本低、抗干扰能力强，稳定性和可靠性较好。

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，具体涉及一种实现同步四波横向剪切干涉测量装置及方法。

背景技术

横向剪切干涉技术是通过一定的光机系统，将待测波前分为完全相同的在空间上具有一定横向位移的两束待测波前。这项技术的应用，避免了在光学干涉中采用标准波前时所引入的系统误差，也可以在一定程度上简化系统的结构，降低测试系统对光学元件的精度影响，提高测量精度。

在现有技术中，仍存在剪切元件复位不准引起的剪切量计算不准确、剪切干涉图采样点太少造成的面形重构精度不够高等问题。目前实现横向剪切干涉的方法有很多，如用于瞬态波前检测的四波横向剪切干涉系统(朱文华，陈磊等)中四波横向剪切干涉仪一般采用二维光栅作为分光器件将待测波前分为四支，并使他们发生横向剪切干涉，此时得到的单幅载频干涉图中包含两正交方向的差分波前信息，通过波前重构，可实现瞬态波前检测，表现出的优点是系统结构简单易于操作，分光效率高。由于二维光栅很难设计成理想的正弦透射结构以实现只产生(±1,±1)级四支光，故而只能设计成近似正弦透射结构的矩形结构以较大程度上地抑制其他级次的衍射光。虽然其他级次的衍射光较弱，但难免会对干涉图产生影响。但是对于光栅的制作精度要求非常高，且横向采样分辨率低，导致其图像分辨率受到很大的限制。

根据现有技术的问题是：二维光栅实现四波横向剪切的干涉方法，设计理想的正弦透射结构只产生(±1,±1)级四支光难度大、结构复杂、成本高，避免不了其他级次衍射光的影响，另外光栅的制作精度要求非常高，且横向采样分辨率低，导致其图像分辨率受到很大的限制且极容易引入额外的相移误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现同步四波横向剪切干涉测量装置及方法，克服了现有技术中的问题。本发明的核心思想在于，利用两块具有双折射效应的晶体偏振分束器组合同步实现同步四波横向剪切。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：

一种实现同步四波横向剪切干涉测量装置，包括在主光轴上依次同心放置的被测元件、标准镜、分束棱镜、起偏器、第一晶体偏振分束器、第一λ/4波片、第二晶体偏振分束器、第二λ/4波片、检偏器、成像透镜、CCD相机，所述CCD相机与计算机相连接；还包括与主光轴平行且同心设置的激光光源、显微物镜、透镜和平面反射镜；所述激光光源的光束经过透镜扩束准直后通过平面反射镜进入分束棱镜；所述起偏器的角度相对于x轴方向成45°，第一λ/4波片的快轴方向与x轴正方向的夹角为45°；所述第一晶体偏振分束器在水平放置时其光轴方向与x轴正方向夹角为45°，第二晶体偏振分束器与第一晶体偏振分束器均为双折射晶体，且正交放置；所述第二λ/4波片的快轴方向与x轴正方向的夹角为90°，检偏器的偏透光轴相对于x轴方向成45°。

上述激光光源为JDSU氦氖激光器，波长632.8mm，0.5mw，随机偏振。

一种实现同步四波横向剪切干涉测量方法，基于上述实现同步四波横向剪切干涉测量装置，具体包含下列步骤：

步骤一、由被测元件反射的入射光经过标准镜成像在分束棱镜之上，经过起偏器后垂直入射至第一晶体偏振分束器；

步骤二、从第一晶体偏振分束器出射的光波经过第一λ/4波片后变为两束旋向相反的圆偏振光，该圆偏振光再次经过第二晶体偏振分束器后分束成为四束线偏振光；