偏振同步相移干涉仪制造技术

一种偏振同步相移干涉仪，包括偏振干涉仪和同步相移模块；同步相移模块包括非偏振分束器，第一检偏器阵列，第二检偏器阵列或检偏器，第一光电探测器阵列和第二光电探测器阵列。本发明专利技术采用2个光电探测器阵列实现3个以上相移量干涉图的同步探测，具有光电探测器阵列坐标关系标定难度低，光路简单，检偏器阵列复杂性降低，检测空间分辨率高的优点。

【技术实现步骤摘要】
偏振同步相移干涉仪
本专利技术涉及干涉测量领域，特别是一种偏振同步相移干涉仪。
技术介绍
相移干涉测量技术是目前实现高精度干涉测量的一种主要技术途径。又可分为时域相移和空域同步相移两种。时域相移易受振动、环境变换等因素的影响，不易实现现场检测，因此，在光学车间现场及特殊环境，空域同步相移技术得到了广泛应用。在线技术1(ChrisL.Koliopoulos，"Simultaneousphase-shiftinterferometer",Proc.SPIE1531,119-127(1991))提出了一种偏振同步相移干涉仪，参考光与测量光为正交线偏振光，采用4个光电探测器阵列配合1/4波片、偏振分束棱镜实现了同时采集4副干涉图，能够克服时域相移技术的缺点。在线技术2(AndreaHettwer,JochenKranz,JohannesSchwider,“Threechannelphase-shiftinginterferometerusingpolarization-opticsandadiffractiongrating”,Opt.Eng.39(4),960-966(Apr01,2000).)采用光栅将光束分为3束，采用3个探测器阵列配合1/4波片、不同方向的检偏器实现同步相移。在先技术3(PiotrSzwaykowski,RaymondJ.Castonguay,FrederickN.Bushroe,Simultaneousphaseshiftingmoduleforuseininterferometry,USpatent,US7483145B2(2003年公开))采用分光棱镜将光束分为3束，配合1/4波片、不同方向的检偏器实现同步相移。在先技术4(PiotrSzwaykowski,Whitelightscanninginterferometerwithsimultaneousphase-shiftingmodule,USpatent,US8269980B1)将该同步移相模块用于白光扫描微形貌干涉仪。上述在先技术均需采用至少3个光电探测器阵列，多个光电探测器阵列的像素坐标需要对齐，光路及对准过程复杂，需要较为复杂的分光器件，其优点是测量空间分辨率高。与上述采用多光电探测器阵列的技术方案不同，在先技术5(BradleyT.Kimbrough,Pixelatedmaskspatialcarrierphaseshiftinginterferometryalgorithmsandassociatederrors,APPLIEDOPTICS,45(19),4554-4562(2006))在光电探测器阵列前放置了检偏器阵列，检偏器阵列包含了与光电探测器阵列像素数量相同的微检偏器，每个像素与一个微检偏器对齐，检偏器阵列共有四个检偏方向，与1/4波片配合，实现同步移相。在先技术5中采用检偏器阵列的同步相移技术可以用于泰曼干涉仪、Fizeau干涉仪、及干涉显微镜，见在先技术6(NealJ.Brock,JamesEMillerd,JamesCWyant,JohnBHayes,Pixelatedphase-maskinterferometer,USpatent,US2005/0046865A1)。在先技术7(JamesEMillerd,Linear-carrierphase-maskinterferometer,USpatent,US2010/0309476A1)对在先技术5～6技术进行了变形，检偏器阵列的方向并不在每个像素及其相邻像素发生改变，而是沿一条直线为同一方向，在先技术7的光电探测器阵列也需要集成4种不同方向的检偏器。在先技术5～7与上述在先技术1～4相比，仅需要1个光电探测器阵列，不存在多个光电探测器阵列的像素对准问题，但是在进行相位计算时需要采用4～9个像素，测量空间分辨率受到一定制约；并且，在光电探测器阵列上集成4种不同方向的检偏器，集成工艺较为复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种偏振同步相移干涉仪，该干涉仪采用2个光电探测器阵列，每个光电探测器阵列可以仅集成2种方向的检偏器阵列器件，具有测量空间分辨率高，集成与对准工艺简单的优点。本专利技术的技术解决方案如下：一种偏振同步相移干涉仪，包括偏振干涉仪和同步相移模块，所述的偏振干涉仪中包含被测件(1-1)；其特点在于，所述的偏振干涉仪出射偏振方向相互正交的参考光和测量光，所述的参考光和测量光的偏振态是线偏振光或圆偏振光；所述的偏振干涉仪出射的参考光和测量光进入同步相移模块；所述的同步相移模块包括非偏振分束器，第一检偏器阵列，第二检偏器阵列或检偏器，以及第一光电探测器阵列和第二光电探测器阵列；当所述的偏振干涉仪出射线偏振光时，所述的同步相移模块还包括至少一个1/4波片，所述的1/4波片的快轴方向与入射至1/4波片的线偏振光偏振方向的夹角为45度；所述的第一检偏器阵列和第二检偏器阵列分别由2种或2种以上不同检偏方向的多个微检偏器组成，每个微检偏器与所述的第一光电探测器阵列或第二光电探测器阵列的一个像素或一列像素对齐，每个微检偏器透过光由第一光电探测器阵列或第二光电探测器阵列的一个像素或一列像素完全接收；所述的同步相移模块中第一检偏器阵列和第二检偏器阵列中微检偏器的检偏方向的排布，或第一检偏器阵列中微检偏器和检偏器的检偏方向的排布，满足条件：第一光电探测器阵列和第二光电探测器阵列探测偏振干涉仪出射光束同一位置的像素位置，及其相邻像素位置，共有3种或3种以上不同的检偏方向；所述的第一检偏器阵列，或第二检偏器阵列,或检偏器的入射光为线偏振光时，其检偏方向与其入射线偏振光的偏振方向不同；所述的同步相移模块各组成部分的位置与连接关系是：所述的偏振干涉仪出射的参考光和测量光进入非偏振分束器，该非偏振分束器将入射光分为第一探测光路和第二探测光路；在第一探测光路，光通过第一检偏器阵列后，由第一光电探测器阵列接收；在第二探测光路，光通过第二检偏器阵列或检偏器后，由第二光电探测器阵列接收；当所述的偏振干涉仪出射线偏振光时，沿光束传播方向，所述的1/4波片位于非偏振分束器之前，或位于非偏振分束器之后且第一检偏器阵列、第二检偏器阵列或检偏器之前。所述的第一检偏器阵列或第二检偏器阵列内部在横向和纵向相邻的微检偏器的检偏方向不同。所述的偏振干涉仪是泰曼干涉仪、Fizeau干涉仪、干涉显微镜、微分干涉相衬显微镜。所述的第一光电探测器阵列和第二光电探测器阵列是面阵或线阵器件，或双列或多列线阵器件。所述的第一光电探测器阵列和第二光电探测器阵列是CCD、CMOS、光电二极管阵列。利用上述的偏振同步相移干涉仪测量干涉相位的方法，其特征在于该方法包括下列步骤：1)标定第一光电探测器阵列和第二光电探测器阵列相对偏振干涉仪输出光束的坐标关系，使得第一光电探测器阵列和第二光电探测器阵列每个像素的坐标与偏振干涉仪输出光束坐标相对应；2)第一光电探测器阵列和第二光电探测器阵列同时采集一副干涉图，对于偏振干涉仪输出光束的每个坐标位置，由第一光电探测器阵列对应像素及相邻像素，第二光电探测器阵列对应像素及相邻像素，按照偏振相移相位计算方法，求解干涉相位。本专利技术的原理是，在偏振相移干涉仪中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种偏振同步相移干涉仪，包括偏振干涉仪(1)和同步相移模块(2)，所述的偏振干涉仪中包含被测件(1‑1)；其特征在于，所述的偏振干涉仪(1)出射偏振方向相互正交的参考光和测量光，所述的参考光和测量光的偏振态是线偏振光或圆偏振光；所述的偏振干涉仪(1)出射的参考光和测量光进入同步相移模块(2)；所述的同步相移模块(2)包括非偏振分束器(2‑1)，第一检偏器阵列(2‑3a)，第二检偏器阵列(2‑3b)或检偏器(2‑4)，以及第一光电探测器阵列(2‑5a)和第二光电探测器阵列(2‑5b)；当所述的偏振干涉仪(1)出射线偏振光时，所述的同步相移模块(2)还包括至少一个1/4波片(2‑2)，所述的1/4波片(2‑2)的快轴方向与入射至1/4波片(2‑2)的线偏振光偏振方向的夹角为45度；所述的第一检偏器阵列(2‑3a)和第二检偏器阵列(2‑3b)分别由2种或2种以上不同检偏方向的多个微检偏器组成，每个微检偏器与所述的第一光电探测器阵列(2‑5a)或第二光电探测器阵列(2‑5b)的一个像素或一列像素对齐，每个微检偏器透过光由第一光电探测器阵列(2‑5a)或第二光电探测器阵列(2‑5b)的一个像素或一列像素完全接收；所述的同步相移模块(2)中第一检偏器阵列(2‑3a)和第二检偏器阵列(2‑3b)中微检偏器的检偏方向的排布，或第一检偏器阵列(2‑3a)中微检偏器和检偏器(2‑4)的检偏方向的排布，满足条件：第一光电探测器阵列(2‑5a)和第二光电探测器阵列(2‑5b)探测偏振干涉仪(1)出射光束同一位置的像素位置，及其相邻像素位置，共有3种或3种以上不同的检偏方向；所述的第一检偏器阵列(2‑3a)，或第二检偏器阵列(2‑3b),或检偏器(2‑4)的入射光为线偏振光时，其检偏方向与其入射线偏振光的偏振方向不同；所述的同步相移模块(2)各组成部分的位置与连接关系是：所述的偏振干涉仪(1)出射的参考光和测量光进入非偏振分束器(2‑1)，该非偏振分束器(2‑1)将入射光分为第一探测光路和第二探测光路；在第一探测光路，光通过第一检偏器阵列(2‑3a)后，由第一光电探测器阵列(2‑5a)接收；在第二探测光路，光通过第二检偏器阵列(2‑3b)或检偏器(2‑4)后，由第二光电探测器阵列(2‑5b)接收；当所述的偏振干涉仪(1)出射线偏振光时，沿光束传播方向，所述的1/4波片(2‑2)位于非偏振分束器(2‑1)之前，或位于非偏振分束器(2‑1)之后且第一检偏器阵列(2‑3a)、第二检偏器阵列(2‑3b)或检偏器(2‑4)之前。...

【技术特征摘要】
1.一种偏振同步相移干涉仪，包括偏振干涉仪(1)和同步相移模块(2)，所述的偏振干涉仪中包含被测件(1-1)；其特征在于，所述的偏振干涉仪(1)出射偏振方向相互正交的参考光和测量光，所述的参考光和测量光的偏振态是线偏振光或圆偏振光；所述的偏振干涉仪(1)出射的参考光和测量光进入同步相移模块(2)；所述的同步相移模块(2)包括非偏振分束器(2-1)，第一检偏器阵列(2-3a)，第二检偏器阵列(2-3b)或检偏器(2-4)，以及第一光电探测器阵列(2-5a)和第二光电探测器阵列(2-5b)；当所述的偏振干涉仪(1)出射线偏振光时，所述的同步相移模块(2)还包括至少一个1/4波片(2-2)，所述的1/4波片(2-2)的快轴方向与入射至1/4波片(2-2)的线偏振光偏振方向的夹角为45度；所述的第一检偏器阵列(2-3a)和第二检偏器阵列(2-3b)分别由2种或2种以上不同检偏方向的多个微检偏器组成，每个微检偏器与所述的第一光电探测器阵列(2-5a)或第二光电探测器阵列(2-5b)的一个像素或一列像素对齐，每个微检偏器透过光由第一光电探测器阵列(2-5a)或第二光电探测器阵列(2-5b)的一个像素或一列像素完全接收；所述的同步相移模块(2)中第一检偏器阵列(2-3a)和第二检偏器阵列(2-3b)中微检偏器的检偏方向的排布，或第一检偏器阵列(2-3a)中微检偏器和检偏器(2-4)的检偏方向的排布，满足条件：第一光电探测器阵列(2-5a)和第二光电探测器阵列(2-5b)探测偏振干涉仪(1)出射光束同一位置的像素位置，及其相邻像素位置，共有3种或3种以上不同的检偏方向；所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐锋，王向朝，冯鹏，郭福东，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31