[发明专利]一种共光路偏振点衍射同步移相干涉系统及方法

说明书

本发明一种共光路偏振点衍射同步移相干涉系统及方法，属于光学干涉检测领域；包括沿光路依次设置的测试光路、衍射光路和移相光路；所述测试光路包括沿光路依次设置的He‑Ne激光器、线偏振片、二分之一波片、第一四分之一波片、扩束镜和待测样品，用于获得待测信息；所述衍射光路包括沿光路依次设置的缩束镜、高倍物镜、针孔线偏振点衍射板和第一成像透镜，用于获得参考光与被测光；所述移相光路包括沿光路依次设置的第二四分之一波片、第二成像透镜和阵列式偏振相机，用于实现参考光与被测光之间的空间移相，同时形成四幅干涉图像。本发明测量精度高，结构紧凑，抗干扰性好，可实现动态面型的测量。

技术领域

本发明属于光学干涉检测领域，具体涉及一种共光路偏振点衍射同步移相干涉系统及方法。

背景技术

点衍射干涉仪是Smartt在1972年提出的，其基本原理为采用尺寸接近于检测波长的微小结构产生近乎理想的球面波作为干涉检测系统中的参考波前，用来代替传统干涉仪中由标准面镜产生的参考球面波，不受参考标准元件精度的限制，从而实现了高精度的干涉检测。

移相干涉技术的原理是在干涉的参考波和待测波之间引入相对相位变化，并相应地采集得到多幅移相干涉图，利用算法对这些干涉图分析处理从而解调出待测波的波前相位，常被用来提高干涉检测的精度。传统点衍射干涉仪采用共路干涉的光路结构，待测光和参考光经过同样的路径传播，在两光束之间引入相对相移困难，目前已经提出了通过采用偏振光学元件、液晶光学元件和衍射光栅元件等共路点衍射移相干涉方法。

同步移相干涉技术是由移相干涉进一步发展而来的，需要在同一时刻采集多幅具有不同相位的干涉图像，实现动态干涉测量。

James E.Millerd和Neal J.Brock等人提出一种采用导电线栅的点衍射分束板来产生理想球面波的偏振移相点衍射干涉装置[James E.Millerd,Neal J.Brock,JamesC.Wyant,et al.Instantaneous phase-shift,point-diffractioninterferometer.SPIE,2004,5531:264-272.]。该装置结构紧凑易于装调，可达到很高的测量精度，但需要对点衍射板进行设计与定制，点衍射板制作复杂。

Robert M.Neal和James C.Wyant提出了一种偏振相移点衍射干涉装置[RobertM.Neal and James C.Wyant.Polarization phase-shifting point-diffractioninterferometer.Applied Optics,2006,45(15):3463-3476.]。该装置使参考光与测试光具有正交的偏振态，从而分开参考光与被测光，通过电光调制器改变被测光与参考光之间的相位差来实现相移。该装置结构简单，测量精度高，但无法同时获得多幅干涉图像，易受外部环境的变化，无法实现高速测量。

周翔等人提出一种准共路相移点衍射干涉装置[Xiang Zhou,Renhui Guo,etal.Dynamic wavefront measurement with a pinhole linear polarizer point-diffraction interferometer.Applied Optics,2017,56:8040-8047.]。该装置采用环形光路设计，同时获得偏振方向正交的参考光与被测光，利用环形结构使两束光反向传播，在整个系统中通过的光路路径相同，实现了参考光和被测光的准共光路，避免了环境振动等因素所带来的测试误差。但实验光路设计复杂，装调困难。

总体而言，现有的点衍射干涉装置大多无法在参考光与待测光共光路的情况下进行同步移相干涉测量，少有的准共路移相点衍射干涉仪光路也较复杂。

发明内容

要解决的技术问题：