[其他]偏振条纹扫描数字干涉仪

说明书

本发明属于干涉仪，主要用于各种光学元件的光学检验。

条纹扫描数字干涉仪是1974年首先由美国贝尔电话公司的J.H.Bruning等人提出的（Appl.opt.1974，vol，13，№11，2693），以后相继被TROPEL，ZYGO公司发展为商品（MSchahamsupIE，1981，vol，306183;vs4201473-A），现在条纹扫描数字干涉仪已成为高精度波面测量最有效的手段。

目前条纹扫描数字干涉仪，例如ZYGO干涉仪由光源、条纹扫描干涉装置、光电检测及数据处理系统组成。其中条纹扫描都是采用压电晶体改变一干涉臂的光程来实现的。然而这种方法有下列缺点：

1.精密控制压电晶体不易做到;

2.必须采用双臂干涉方法，它对气流和震动极为敏感，使得系统对工作环境条件要求严格;

3.要求高精度参考面，其他光学元件要求也较高;

4.必须使用稳频激光器作光源。

5.干涉条纹不稳定，很难观察象差的零级干涉条纹;

6.系统结构复杂。

为了克服上述缺点，发明人曾于1984年8月在日本第13届国际光学会议上提出了一种新型的条纹扫描原理-偏振条纹扫描，並在中国光学学报上发表了“偏振条纹扫描干涉仪”一文（光学学报，1985，Vol、5，№2），对偏振条纹扫描原理作了进一步闸述。

该文描述了一种检测透镜的偏振条纹扫描小孔干涉仪，如附图6所示。沿光束前进的方向依次是偏振轴可调的起偏器〔12〕，聚光镜〔2〕，针孔板〔3〕、被测透镜〔4〕、带偏振小孔〔14〕的偏振板〔13〕、成象透镜〔6〕、四分之一波片〔15〕和旋转检偏器〔7〕。其结构的特点是：被测透镜〔4〕处于偏振轴可调的起偏器〔12〕之后;偏振小孔〔14〕位于被测透镜〔4〕的大孔径角一方;成象透镜〔6〕位于偏振板〔13〕和四分之一波片〔15〕之间，成象透镜〔6〕一方面使光束准直地进入波片〔15〕，另一方面对被测透镜〔4〕成象。这一结构存在下列问题：

1.由于被测透镜〔4〕，特别是被测透镜为显微物镜，处于偏振轴可调的起偏器之后，有退偏作用，使入射到偏振小孔〔14〕上的不再是纯线偏振光，干涉条纹不能完全消零，影响仪器的高精度测量。

2.偏振小孔〔14〕位于被测透镜〔4〕的大孔径角一方，这要求偏振小孔很小，如N.A＝0.25时，要求小孔直径远小于2微米，因为偏振膜厚～100微米，相当于100∶1的长筒小孔，难于制作。

3.四分之一波片〔15〕，有多个反射面，引起额外的干涉条纹，干涉图的噪音不可避免，影响测量精度。若采用反射面镀增透膜的话，波片的胶合层会在镀膜过程中受热而破坏，难于获得高质量的波片。

4.波片的相移与光束入射角有关，引起不均匀相移，产生测量误差，这是高精度测量仪器不许的，因此要求波片〔15〕前使用透镜〔6〕，保证以平行光准直地进入波片〔15〕。透镜〔6〕一方面使光束准直地进入波片，另一方面又要对被测透镜〔4〕成象，因而该透镜与偏振板〔13〕的距离已限定等于焦距，成象倍率不能改变，这就限制了该干涉仪不能适应对不同孔径的被测透镜〔4〕进行测量。

5.附图6所示的干涉仪，不能测量球面和平面反射光学元件。

综上分析，发明人虽然在“偏振条纹扫描干涉仪”一文中提出了如附图6所示的干涉仪的原理结构，由于存在上述问题，该干涉仪实际上只是一种测量某种孔径的透镜的偏振条纹扫描干涉仪的原理演示装置，不能测量球面和平面的反射元件，不能构成应用广泛的实用的测量仪器。

本发明的目的是：基于发明人提出的原理，提供测量透镜、球面和平面等光学元件的偏振条纹扫描数字干涉仪的实用仪器。

本发明的偏振条纹扫描数字干涉仪如图1、2、4、5所示，沿光束前进的方向，依次是被测透镜〔4〕或显微物镜〔18〕、位相偏振编码器〔5〕〔偏振轴可调的起偏器〔12〕、带偏振小孔〔14〕的偏振板〔13〕和费涅尔相板〔15〕构成〕，成象透镜〔6〕、旋转检偏器〔7〕，微机〔10〕通过同步控制机构〔8〕使旋转检偏器〔7〕同步旋转，产生条纹扫描，干涉图被电视摄象机〔9〕接收，送入微机〔10〕进行数据处理。