[发明专利]一种菲索型准共光路结构的同步相移干涉测量装置及方法

摘要

本发明涉及一种菲索型准共光路结构的同步相移干涉测量方法及装置，包括激光器、半波片、聚焦透镜、空间滤波器、圆偏振光分束器(旋光晶体)、分光镜、准直透镜、参考镜、小孔光阑、成像透镜、分光移相系统、计算机控制系统、CCD相机。本发明将同步相移技术和菲索干涉方法相结合，解决了传统干涉仪稳定性差、不能实现动态测量的技术难题，其特征在于利用晶体的旋光效应，在菲索型干涉结构中加入一片分束角很小的圆偏振光分束器实现在共光路中参考光和测试光的正交偏振分离。本发明不但避免了同步相移干涉系统中高质量四分之一波片的使用，也使系统中光学元件所存在的应力双折射效应所造成的相位测量误差大大降低。

主权项

一种菲索型准共光路结构的同步相移干涉测量装置，其特征在于包括：激光器(1)、半波片(2)、聚焦透镜(3)、空间滤波器(4)、圆偏振光分束器(5)、分光镜(6)、准直透镜(7)、参考镜(8)、小孔光阑(10)、成像透镜(11)、分光移相系统(12)、计算机控制系统(13)和CCD(14)；所述聚焦透镜(3)后焦平面和准直透镜(7)的前焦平面重合；所述空间滤波器(4)位于聚焦透镜(3)的后焦平面处，同时位于准直透镜(7)的前焦平面处；所述小孔光阑(10)位于成像透镜(11)的前焦平面处，且与准直透镜(7)的前焦平面共轭；激光器(1)发出一束线偏振光束，经过半波片(2)后变为一束偏振方向可调的线偏振光；经过聚焦透镜(3)聚焦后由空间滤波器(4)滤波后通过一个圆偏振光分束器(5)变为两束具有一定分束角的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，二者看成是在准直透镜(7)的前焦平面处两个共轭的正交偏振点光源p,s所发出的光，其中p光源发出左旋圆偏振光，s光源发出右旋圆偏振光，通过一分光镜(6)透射和准直透镜(7)后，光束被扩束准直，然后左旋右旋圆偏振光都经由参考镜(8)反射和被测镜(9)反射再次经过准直透镜(7)后被分光镜(6)反射至小孔光阑(10)处，将形成四个光斑Rp,Rs,Tp,Ts，其中Rp是左旋圆偏振光经参考镜(8)反射又经由准直透镜(7)聚焦和分光镜(6)反射后形成的光斑；Rs是右旋圆偏振光经参考镜(8)反射又经由准直透镜(7)聚焦和分光镜(6)反射后形成的光斑；Tp是左旋圆偏振光经被测镜(9)反射又经由准直透镜(7)聚焦和分光镜(6)反射后形成的光斑；Ts是右旋圆偏振光经被测镜(9)反射又经由准直透镜(7)聚焦和分光镜(6)反射后形成的光斑；通过调节参考镜(8)和被测镜(9)的相对位置可以使光斑Rp,Ts或者Rs,Tp重合，其它光斑则被滤掉，这样就得到了一对正交偏振的参考光和测试光；然后经过成像透镜(11)后进入分光移相系统(12)实现分光移相，通过计算机控制系统(13)控制CCD(14)同步采集大于三幅的相移干涉图并用相移算法恢复出被测镜的三维面形分布，实现同步相移干涉测量；所述半波片(2)的初始快轴方向为水平方向，通过旋转半波片改变输出线偏振光的偏振方向，进而改变圆偏振分光器发出的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的光强；所述正交偏振点光源p,s看成传统菲索干涉光路中的两个光源，它们位于准直透镜的前焦平面处且以光轴为轴成对称分布；二者之间的距离d由圆偏振光分束器(5)的分束角θ和准直透镜(7)的焦距f决定:d≈tan(θ)·f。