[发明专利]傅里叶变换移相标定的双波长调谐干涉测试装置及方法

摘要

本发明公开了一种傅里叶变换移相标定的双波长调谐干涉测试装置及方法，测试装置采用不同中心波长的可调谐激光器作为光源同时进行工作，通过波长调谐实现干涉移相，并利用探测器采集两路干涉光叠加后形成的莫尔条纹干涉图。先对探测器采集得到的莫尔条纹干涉图进行时域傅里叶变换分析各频率分量，完成对移相步进量的标定，保证两种波长下的移相步进量；其次，作为光源的两个可调谐激光器按照标定后的移相步进量进行移相，采集得到包含了合成波长相位信息的移相莫尔条纹干涉图；最后，对移相莫尔条纹干涉图采用双波长移相干涉算法得到被测相位信息。本发明可扩大干涉测量的面形范围，单波长移相标定无需附加光路，光路结构和干涉图处理算法简单。

主权项

1.一种傅里叶变换移相标定的双波长调谐干涉测试装置的测试方法，其特征在于，所述傅里叶变换移相标定的双波长调谐干涉测试装置包括中心波长为λ1的第一可调谐激光器(1)、第一扩束镜(2)和第一准直镜(3)、第一分光棱镜(4)、第二分光棱镜(5)、标准镜(6)、被测镜(7)、中心波长为λ2的第二可调谐激光器(8)、第二扩束镜(9)、第二准直镜(10)、会聚透镜(11)、小孔光阑(12)、成像透镜(13)、CCD探测器(14)，其中λ1≠λ2；依次设置中心波长为λ1的第一可调谐激光器(1)、第一扩束镜(2)、第一准直镜(3)、第一分光棱镜(4)所在的光轴为第一光轴；依次设置第二分光棱镜(5)、会聚透镜(11)、小孔光阑(12)、成像透镜(13)、CCD探测器(14)所在的光轴为第二光轴；依次设置中心波长为λ2的可调谐激光器(8)、第二扩束镜(9)、第二准直镜(10)、第一分光棱镜(4)、第二分光棱镜(5)、标准镜(6)、被测镜(7)所在的光轴为第三光轴，第一光轴、第二光轴分别与第三光轴相互垂直；由中心波长为λ1可调谐激光器(1)发出的波长为λ1的激光入射至第一扩束镜(2)，第一扩束镜(2)将入射的小口径平行光会聚，光束经过会聚焦点以后变成发散的球面波，球面波入射至第一准直镜(3)，第一准直镜(3)的焦点与第一扩束镜(2)的焦点重合，发散球面波经第一准直镜(3)透射后变成准直的平行光束，该平行光束经第一分光棱镜(4)反射至第二分光棱镜(5)，透过第二分光棱镜(5)入射至标准镜(6)和被测镜(7)形成了波长为λ1的激光调谐移相干涉测试光路；由中心波长为λ2可调谐激光器(8)发出的波长为λ2的激光入射至第二扩束镜(9)，第二扩束镜(9)将入射的小口径平行光会聚，光束经过会聚焦点以后变成发散的球面波，球面波入射至第二准直镜(10)，第二准直镜(10)的焦点与第二扩束镜(9)的焦点重合，发散球面波经第二准直镜(10)透射后变成准直的平行光束，该平行光束经第一分光棱镜(4)透射至第二分光棱镜(5)，再经第二分光棱镜(5)透射后，经标准镜(6)和被测镜(7)形成了波长为λ2的激光调谐移相干涉测试光路；入射至标准镜(6)和被测镜(7)的波长分别为λ1和λ2的光经标准镜(6)和被测镜(7)后反射，再被第二分光棱镜(5)反射后依次经过会聚透镜(11)、小孔光阑(12)、成像透镜(13)，最终被CCD探测器(14)采集，形成了λ1和λ2干涉光叠加后的莫尔条纹干涉图采集光路；所述方法的步骤如下：步骤一：在斐索型干涉测试光路中，采用不同中心波长的两个可调谐激光器作为光源同时进行工作，按照各自的理论移相步进量进行波长调谐实现干涉移相，利用CCD探测器采集得到两路干涉光叠加后形成的一系列移相莫尔条纹干涉图，通过对移相莫尔条纹干涉图进行时域傅里叶变换后确定λ1和λ2各自波长下的实际移相步进量，得到两种波长下实际移相步进量与激光器电源电压改变值的关系，根据该实际移相步进量与与激光器电源电压改变值的关系来调节激光器电源电压值，得到两种波长下实际移相步进量分别为π/2和3π/2时的电压值，完成各自波长下的移相步进量标定；步骤二：作为光源的两个可调谐激光器按照步骤一中标定后得到的电压值调节激光器电源电压，保证两种波长下的实际移相步进量分别为π/2和3π/2，进行波长移相进行波长移相，通过探测器采集两路干涉光叠加后形成的莫尔条纹干涉图，该干涉图包含了合成波长的相位信息；步骤三：对CCD探测器采集的莫尔条纹移相干涉图采用双波长移相干涉算法得到被测相位信息，然后通过位相解包，求解被测面的面形信息。