使用棱镜分光的共光路点衍射同步移相干涉测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种使用棱镜分光的共光路点衍射同步移相干涉测试装置，包括沿光路依次设置的测试光路、4

【技术实现步骤摘要】
使用棱镜分光的共光路点衍射同步移相干涉测试装置
本专利技术涉及光干涉计量测试领域，特别是一种使用棱镜分光的共光路点衍射同步移相干涉测试装置。
技术介绍
点衍射干涉仪（PointDiffractionInterferometer，PDI）是Smartt在1972年提出的，其基本原理为带有被测信息的会聚波通过一个直径约为数个波长（小于艾里斑直径）的小孔之后，会发生衍射，形成一个近似标准的球面波，可作为干涉测试中的参考光，用来代替传统干涉仪中由标准球面镜产生的参考球面波。移相干涉测量技术是指通过对干涉场的调制产生移相，再由所采集到的若干幅移相干涉图像利用一定算法，恢复待测物理量的一项测量技术。利用移相技术，可以通过干涉图之间简单的点对点计算来复原相位，不需要定位条纹中心，也不需要利用插值等算法拟合相位，因此移相干涉技术显著提高了干涉测量的精度和自动化程度。移相方式可以分为时域移相和空域移相。相对于时域移相，空域移相（即同步移相）的干涉测量技术可以很好的减轻环境振动和空气扰动对干涉测量的影响，提高测量的准确性和稳定性。在先前的研究中，RobertM.Neal和JamesC.Wyant提出了一种基于偏振移相的点衍射干涉测量装置（RobertM.NealandJamesC.Wyant,"Polarizationphase-shiftingpoint-diffractioninterferometer,"Appl.Opt.45,3463-3476(2006)），该装置利用偏振方法来分开参考光和测试光，具有结构紧凑、易于装调的优点。该装置中对点衍射板进行了重新设计，可使参考光和测试光具有正交的偏振态，用线偏振器移相。不过该装置的偏振移相并不是同时产生的，特别是高速测量中会产生较大误差。在先前的研究中，DaodangWang等人提出了一种利用光纤实现点衍射干涉的测量方法（DaodangWang,XixiChen,YangboXu,FuminWang,MingKong,JunZhao,andBaowuZhang,"High-NAfiberpoint-diffractioninterferometerforthree-dimensionalcoordinatemeasurement,"Opt.Express22,25550-25559(2014)），该方法将参考光和测试光耦合进光纤中，并通过光纤出射参考波面与测试波面相干涉获得干涉图像。该装置优点在于光纤在光纤中传输可以有效减少环境振动和空气扰动的影响，但该方法的移相需要通过放置在被测镜后面的PZT实现，因此会产生较大的移相误差，且无法实现高速测量。在先前的研究中，NatanT.Shaked提出了一种基于点衍射干涉仪的相位显微镜（NatanT.Shaked,"Quantitativephasemicroscopyofbiologicalsamplesusingaportableinterferometer,"Opt.Lett.37,2016-2018(2012)）。该方法的干涉结构是一个基于迈克尔逊干涉仪的4f系统，因此参考光与测试光相互分开。相对于共光路的干涉系统，该方法容易受到环境振动和空气扰动的影响，出现测量误差。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种使用棱镜分光的共光路点衍射同步移相干涉测试装置，通过小孔衍射产生的标准球面波代替传统干涉仪中由标准球面镜产生的标准球面波，具有更高的精度，共光路的设计减少了系统误差，且本专利技术不易受到外界环境影响，可实现高速动态测量。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种使用棱镜分光的共光路点衍射同步移相干涉测试装置，包括测试光路、4f系统光路、分光光路和移相光路，所述测试光路包括共光轴依次设置的激光器、扩束系统和偏振分束镜，被测样品设置在扩束系统和偏振分束镜之间，激光器出射的非偏振光，经扩束系统扩束准直后入射至被测样品，携带被测样品信息的信号光入射至偏振分束镜，经偏振分束镜获得两束偏振方向正交的信号光，分别为S光和P光，分别进入4f系统光路。所述4f系统光路包括沿S光光路走向依次设置的第一傅里叶透镜、第一反射镜、线偏振小孔衍射板、第二反射镜和第二傅里叶透镜，线偏振小孔衍射板设置在第一傅里叶透镜和第二傅里叶透镜的焦点处，S光入射至第一傅里叶透镜，同时P光入射至第二傅里叶透镜，S光透射过第一傅里叶透镜后入射至第一反射镜，被第一反射镜反射后，经线偏振小孔衍射板衍射得到标准球面波，作为参考光，入射至第二反射镜，被第二反射镜反射后，入射至第二傅里叶透镜，透射过第二傅里叶透镜后变为平行光，入射至偏振分束镜；P光透射过第二傅里叶透镜后入射至第二反射镜，被第二反射镜反射后，经线偏振小孔衍射板，其性质不改变，作为测试光，入射至第一反射镜，被第一反射镜反射后，入射至第一傅里叶透镜，透射过第一傅里叶透镜后变为平行光，入射至偏振分束镜，参考光和测试光经偏振分束镜合束后，进入分光光路，经分光光路后分为四束，进入移相光路。所述移相光路包括共光轴依次设置的缩束系统、偏振阵列和探测器，四束合束的参考光和测试光经缩束系统缩束后，入射至偏振阵列，偏振阵列由四个通光轴方向分别为0°、45°、90°和135°的线偏振器呈“田”字型排列组成，分别产生0、π/2、π和3π/2的移相，之后被探测器接收，获得四幅移相干涉图像。所述分光光路包括λ/4波片、第一分光棱镜组、第二分光棱镜组和第三分光棱镜组，第一分光棱镜组包括第一三角棱镜、第二三角棱镜和第三三角棱镜，第二三角棱镜和第三三角棱镜形状、大小完全相同，第二三角棱镜和第三三角棱镜的两条长直角边所在的矩形面紧密贴合，两条短直角边所在的矩形面共面，第一三角棱镜的斜边所在的矩形面上靠近长直角边的一侧开有凹槽，第三三角棱镜的斜边所在的矩形面与第一三角棱镜的斜边所在的矩形面开有凹槽的一侧紧密贴合，所述凹槽长度小于第三三角棱镜的斜边长度；第二分光棱镜组包括第四三角棱镜、第五三角棱镜和第六三角棱镜，第三分光棱镜组包括第七三角棱镜、第八三角棱镜和第九三角棱镜，第二分光棱镜组和第三分光棱镜组的形状、大小与第一分光棱镜组完全相同；第一分光棱镜组中第二三角棱镜的短直角边所在的矩形面与第二分光棱镜组中第四三角棱镜的短直角边所在的矩形面紧密贴合；第一分光棱镜组中第三三角棱镜的短直角边所在的矩形面与第三分光棱镜组中第七三角棱镜的短直角边所在的矩形面紧密贴合。所述第一分光棱镜组中第一三角棱镜的长直角边所在的矩形面镀有高反膜，第二三角棱镜所在的矩形面与第三三角棱镜长直角边所在的矩形面之间夹有一层半透半反膜；第二分光棱镜组中第四三角棱镜的长直角边所在的矩形面镀有高反膜，第五三角棱镜所在的矩形面与第六三角棱镜长直角边所在的矩形面之间夹有一层半透半反膜；第三分光棱镜组中第七三角棱镜的长直角边所在的矩形面镀有高反膜，第八三角棱镜所在的矩形面与第九三角棱镜长直角边所在的矩形面之间夹有一层半透半反膜。所述合束后的参考光和测试光透过λ/4波片后，变为正交的圆偏光，从第一分光棱镜组中第一三角棱镜的短直角边所在的矩形面入射后，在第一三角棱镜的斜边产生全内反射，在镀有高反膜的第一三角棱镜的长直角边发生反射，从第一三角棱镜的斜边凹槽出射，经过空气层后从第三三角棱镜的斜边入射，一部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用棱镜分光的共光路点衍射同步移相干涉测试装置，其特征在于：包括测试光路（17）、4f系统光路（18）、分光光路（19）和移相光路（20），所述测试光路（17）包括共光轴依次设置的激光器（1）、扩束系统（2）和偏振分束镜（4），被测样品（3）设置在扩束系统（2）和偏振分束镜（4）之间，激光器（1）出射的非偏振光，经扩束系统（2）扩束准直后入射至被测样品（3），携带被测样品（3）信息的信号光入射至偏振分束镜（4），经偏振分束镜（4）获得两束偏振方向正交的信号光，分别为S光和P光，分别进入4f系统光路（18）；所述4f系统光路（18）包括沿S光光路走向依次设置的第一傅里叶透镜（5）、第一反射镜（7）、线偏振小孔衍射板（9）、第二反射镜（8）和第二傅里叶透镜（6），线偏振小孔衍射板（9）设置在第一傅里叶透镜（5）和第二傅里叶透镜（6）的焦点处，S光入射至第一傅里叶透镜（5），同时P光入射至第二傅里叶透镜（6），S光透射过第一傅里叶透镜（5）后入射至第一反射镜（7），被第一反射镜（7）反射后，经线偏振小孔衍射板（9）衍射得到标准球面波，作为参考光，入射至第二反射镜（8），被第二反射镜（8）反射后，入射至第二傅里叶透镜（6），透射过第二傅里叶透镜（6）后变为平行光，入射至偏振分束镜（4）；P光透射过第二傅里叶透镜（6）后入射至第二反射镜（8），被第二反射镜（8）反射后，经线偏振小孔衍射板（9），其性质不改变，作为测试光，入射至第一反射镜（7），被第一反射镜（7）反射后，入射至第一傅里叶透镜（5），透射过第一傅里叶透镜（5）后变为平行光，入射至偏振分束镜（4），参考光和测试光经偏振分束镜（4）合束后，进入分光光路（19），经分光光路（19）后分为四束，进入移相光路（20）；所述移相光路（20）包括共光轴依次设置的缩束系统（14）、偏振阵列（15）和探测器（16），四束合束的参考光和测试光经缩束系统（14）缩束后，入射至偏振阵列（15），偏振阵列（15）由四个通光轴方向分别为0°、45°、90°和135°的线偏振器呈“田”字型排列组成，分别产生0、π/2、π和3π/2的移相，之后被探测器（16）接收，获得四幅移相干涉图像。...

【技术特征摘要】
1.一种使用棱镜分光的共光路点衍射同步移相干涉测试装置，其特征在于：包括测试光路（17）、4f系统光路（18）、分光光路（19）和移相光路（20），所述测试光路（17）包括共光轴依次设置的激光器（1）、扩束系统（2）和偏振分束镜（4），被测样品（3）设置在扩束系统（2）和偏振分束镜（4）之间，激光器（1）出射的非偏振光，经扩束系统（2）扩束准直后入射至被测样品（3），携带被测样品（3）信息的信号光入射至偏振分束镜（4），经偏振分束镜（4）获得两束偏振方向正交的信号光，分别为S光和P光，分别进入4f系统光路（18）；所述4f系统光路（18）包括沿S光光路走向依次设置的第一傅里叶透镜（5）、第一反射镜（7）、线偏振小孔衍射板（9）、第二反射镜（8）和第二傅里叶透镜（6），线偏振小孔衍射板（9）设置在第一傅里叶透镜（5）和第二傅里叶透镜（6）的焦点处，S光入射至第一傅里叶透镜（5），同时P光入射至第二傅里叶透镜（6），S光透射过第一傅里叶透镜（5）后入射至第一反射镜（7），被第一反射镜（7）反射后，经线偏振小孔衍射板（9）衍射得到标准球面波，作为参考光，入射至第二反射镜（8），被第二反射镜（8）反射后，入射至第二傅里叶透镜（6），透射过第二傅里叶透镜（6）后变为平行光，入射至偏振分束镜（4）；P光透射过第二傅里叶透镜（6）后入射至第二反射镜（8），被第二反射镜（8）反射后，经线偏振小孔衍射板（9），其性质不改变，作为测试光，入射至第一反射镜（7），被第一反射镜（7）反射后，入射至第一傅里叶透镜（5），透射过第一傅里叶透镜（5）后变为平行光，入射至偏振分束镜（4），参考光和测试光经偏振分束镜（4）合束后，进入分光光路（19），经分光光路（19）后分为四束，进入移相光路（20）；所述移相光路（20）包括共光轴依次设置的缩束系统（14）、偏振阵列（15）和探测器（16），四束合束的参考光和测试光经缩束系统（14）缩束后，入射至偏振阵列（15），偏振阵列（15）由四个通光轴方向分别为0°、45°、90°和135°的线偏振器呈“田”字型排列组成，分别产生0、π/2、π和3π/2的移相，之后被探测器（16）接收，获得四幅移相干涉图像。2.根据权利要求1所述的使用棱镜分光的共光路点衍射同步移相干涉测试装置，其特征在于：所述分光光路（19）包括λ/4波片（10）、第一分光棱镜组（11）、第二分光棱镜组（12）和第三分光棱镜组（13），第一分光棱镜组（11）包括第一三角棱镜（21）、第二三角棱镜（22）和第三三角棱镜（23），第二三角棱镜（22）和第三三角棱镜（23）形状、大小完全相同，第二三角棱镜（22）和第三三角棱镜（23）的两条长直角边所在的矩形面紧密贴合，两条短直角边所在的矩形面共面，第一三角棱镜（21）的斜边所在的矩形面上靠近长直角边的一侧开有凹槽，第三三角棱镜（23）的斜边所在的矩形面与第一三角棱镜（21）的斜边所在的矩形面开有凹槽的一侧紧密贴合，所述凹槽长度小于第三三角棱镜（23）的斜边长度；第二分光棱镜组（12）包括第四三角棱镜（24）、第五三角棱镜（25）和第六三角棱镜（26），第三分光棱镜组（13）包括第七三角棱镜（27）、第八三角棱镜（28）和第九三角棱镜（29），第二分光棱镜组（12）和第三分光棱镜组（13）的形状、大小与第一分光棱镜组（11）完全相同；第一分光棱镜组（11）中第二三角棱镜（22）的短直角边所在的矩形面与第...

【专利技术属性】
技术研发人员：周翔，蒋超，郭仁慧，张辉钦，郑东晖，陈磊，李建欣，何勇，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32