[发明专利]一种基于Gabor波带片的三波径向剪切干涉仪

摘要

本发明提出一种基于Gabor波带片的三波径向剪切干涉仪，由一个Gabor波带片和一个图像探测器组成,Gabor波带片是一种透过率连续变化的振幅波带片。待测光束入射到Gabor波带片，经过波带片的衍射，形成三束光，一束是透射光，一束是会聚光，一束是发散光，三束光传播一段距离后(此距离小于Gabor波带片的焦距)，发生三波径向剪切干涉，形成干涉条纹，并被图像探测器记录。根据Gabor波带片的透射率函数和光束传播公式，可以得到干涉图的解析表达式，据此可以从干涉图中提取径向剪切相位差，复原待测波前畸变信息。本发明仅使用一个Gabor波带片和一个图像探测器即可实现波前测量，结构简单、系统稳定、无需参考光。在光学检测、自适应光学等领域具有独特优势。

主权项

1.一种基于Gabor波带片的三波径向剪切干涉仪，其特征在于：所述的干涉仪由一个Gabor波带片和一个图像探测器组成；待测光束经过Gabor波带片产生三个衍射级次，分别是透射光、会聚光、发散光，传播一段距离后，此距离小于Gabor波带片的焦距，发生三波径向剪切干涉，形成干涉条纹，并被图像探测器记录；在干涉平面，由于三束光的孔径不同，会聚光包含了径向缩小的待测波前信息，发散光包含了径向扩大的待测波前信息，所以在干涉图中包含了径向剪切的相位信息；利用相位提取算法即可从干涉图中提取径向剪切相位，并结合波前复原算法重构待测光束的相位信息；此径向剪切干涉仪的径向剪切比可调，并且调整方便，只需改变图像探测器到Gabor波带片的距离z，其中径向剪切比s＝(f‑z)/(f+z),f是Gabor波带片的焦距；所使用的Gabor波带片是一个振幅波带片，正余弦型Gabor波带片的复振幅透过率函数为：其中，r是极坐标系的径向变量，d是一个常数，且d＝f×λ，其中f是波带片的焦距，λ是待测光束的波长；设被测光复振幅为：Ui(r,θ)＝Ai(r,θ)exp[jkW(r,θ)]  (2)其中，θ是极坐标系的角向变量，Ai(r,θ)是待测光束的振幅，W(r,θ)是待测光束的波前，j是虚数单位，k＝2π/λ是波矢，经过Gabor波带片后，产生三个衍射光束，它们的复振幅变成如下形式：传播一段距离z后，在图像探测器接收靶面复振幅表达式是：其中，α＝f/(f‑z)，是缩小波前的坐标变换系数，β＝f/(f+z)，是扩大波前的坐标变换系数，Az0(r,θ,z)/2是透射光的振幅分布，Az1(r,θ,z)/4是会聚光的振幅分布，Az2(r,θ,z)/4是发散光的振幅分布，进而得到图像探测器接收的干涉图表达式是：其中是U_z(r,θ,z)的复共轭。