[发明专利]基于四步空间移相的共光路径向剪切干涉仪

摘要

一种基于四步空间移相的共光路径向剪切干涉仪，包括：缩束系统、起偏器、环路径向剪切系统CRS，四步空间移相系统SPS、光束编排系统、CCD和计算机组成，畸变光束进入波前传感器，利用缩束系统变换光束口径，起偏器对光束偏振方向进行调制；再进入环路径向剪切系统CRS，形成同光轴、偏振方向互相垂直且光束口径按相同比例缩放的两束光；该两光束进入四步空间移相系统后被分成四对同轴光束，每对同轴光束偏振方向相同且它们之间相位差分别为0、π/2、π、3π/2；四对同轴光束经光束编排后同时进入CCD的光敏面，形成四幅径向剪切干涉图，计算机根据四幅干涉图数据经过两次矩阵运算后即可复原出待测光束畸变波前。本发明扩大了采用干涉法波前传感器的应用领域，优越性明显。

主权项

一种基于四步空间移相的共光路径向剪切干涉仪，其特征在于包括：透镜L1和L2组成的缩束系统，用于调节干涉条纹对比度K的起偏器P1，由第一偏振分束镜PBS1、两个反射镜M1和M2、透镜L3和L4组成的环路径向剪切系统CRS，分光镜BS、两个反射镜M3和M4、第二偏振分束镜PBS2、三个1/4波片QW1、QW2和QW3组成的四步空间移相系统SPS，反射镜M5、M6和M7组成的光束编排系统，CCD及计算机C组成；畸变光束进入基于四步空间移相的共光路径向剪切干涉仪后，首先利用缩束系统进行光束口径变换，设透镜L1、L2的焦距分别为f1和f2，入射畸变光束口径为A1，则缩束后光束口径A2，且A2＝A1f2/f1；缩束后的光束经过起偏器P1后，光束的偏振方向受到调制；环路径向剪切系统CRS的主要作用时对进入系统的偏振方向受调制的进行扩束和缩束，并最终出射两束同轴、偏振方向相互垂直且剪切比s受透镜L3和L4的焦距大小f3和f4决定的径向剪切光束对，设出射光束对中扩束光束和缩束光束口径分别为A3和A4，则有A3＝A2f4/f3，A4＝A2f3/f4；从环路径向剪切系统CRS出射的径向剪切光束对进入四步空间移相系统SPS中，利用分光镜BS、第二偏振分束镜PBS2将这一对偏振方向垂直的径向剪切光束对分束成四对口径和剪切比相同的径向剪切光束对，且每对径向剪切光束中的两束光偏振方向相同，形成干涉；采用三个1/4波片QW1～QW3对四对径向剪切光束对分别移相，最终在径向剪切光束对中分别引入0、π/2、π和3π/2的相移；设从径向剪切系统CRS出射的径向剪切光束对在干涉区域的相位差为Δφ(x，y)，则出射的四对径向剪切光束对1a、1b、2a、2b在剪切区域的相位差分布分别为Δφ(x，y)、Δφ(x，y)+π/2、Δφ(x，y)+π和Δφ(x，y)+3π/2；从四步空间移相系统SPS出射的四对径向剪切光束对经过四个反射镜M5～M7对四对径向剪切光束对进行光束编排后进入CCD中，形成四幅剪切干涉图，设入射到CCD光敏面的四个独立区域中的四幅干涉条纹图光强分布分别为I1a(x，y)、I1b(x，y)、I2a(x，y)和I2b(x，y)，利用相移四步算法求解缠绕相位Δφ’(x，y)，之后对计算出来的缠绕相位进行解缠绕运算，即可得到剪切光束对在剪切区域的径向剪切相位差Δφ(x，y)；设原始光束畸变波前为φ0(x，y)，φ0(x，y)与径向剪切相位差Δφ(x，y)和剪切比s之间的关系如(1)式所示：Δφ(x，y)＝φ0(x·s，y·s)-φ0(x/s，y/s)，x，y∈A4 (1)利用剪切相位重构算法即可反算出原始光束畸变波前相位分布φ0(x，y)，式中，x，y分别为剪切光束对在剪切区域内的坐标。