非零位点衍射干涉系统中的梯度补偿装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种非零位点衍射干涉系统中的梯度补偿装置，包括光纤激光器、光纤阵列、1/4波片和成像系统，光纤阵列端面镀有半透半反膜，光纤激光器与光纤阵列连接，1/4波片紧贴半透半反膜设置，待测件和成像系统均位于1/4波片的出射光路上；光纤阵列中每根光纤均由光开关实现光路通断。本发明专利技术中光纤的通断可以单独控制，无需掩膜板，可以根据各种面形表面梯度，通过控制每根光纤的通断灵活生成动态分布的空间点衍射源，测量通用性强；利用光纤阵列端面作为点衍射器件，产生近似理想的标准球面波作为参考波前，从而避免在干涉系统中加入标准镜，这就避免了因标准镜的加工误差引入的波像差，同时突破了标准镜口径对测量口径的限制。

【技术实现步骤摘要】
非零位点衍射干涉系统中的梯度补偿装置
本专利技术属于光学精密测量领域，是一种非零位点衍射干涉系统中的梯度补偿装置。
技术介绍
光学自由曲面元件的表面梯度较大，可以针对性的进行像差的校正，并且能够简化光学系统的结构。这种元件满足现代光学系统高性能、轻量化和微型化的要求，逐渐受到现代光学研究领域和工业及商业领域的关注。与目前使用的常规元件相比，自由曲面光学元件作为一类复杂的非旋转对称的异形曲面，与传统的球面、非球面光学元件相比具有表面形状自由复杂、梯度变化大、定义描述困难、光线追迹难等特点，给其面形的高精度检测带来了许多复杂且难以解决的科学问题，这成为了限制了大口径复杂面形元件在航空航天、国防、天文、光刻等领域的进一步应用的瓶颈。为了解决大梯度变化的非球面面形测量问题，2007年德国斯图加特大学的Osten教授所在科研团队提出了基于非零位干涉思想的测量方法即多重倾斜波面干涉测量法。倾斜波面干涉法具有大动态测量范围、纳米级的检测精度、高效率的全面形检测模式、较好的通用性等。该方法中标准球面波由标准补偿球面透镜组产生，由于系统是非零位干涉系统且绝大部分光路位于轴外，那么标准补偿球面透镜组会引入大量波像差，导致系统误差过大，限制该方法的测量精度；而且受限于加工水平，制作大口径的标准补偿球面透镜组成本非常高，这就限制了整个系统的测量口径，难以实现大口径面形的测量。点衍射干涉仪利用波长量级的微小结构产生近乎理想的球面波作为参考波前，无需标准镜，避免了标准镜加工精度对测量结果的影响，因而能够实现亚纳米级精度的测量；同时该方法突破了传统干涉法中标准镜孔径对测量孔径的限制，在大口径球面元件高精度测量方面具有显著优势。但在测量复杂面形光学元件时，由于元件表面梯度较大，往往干涉条纹过密，无法通过条纹信息解算光学元件的面形。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种非零位点衍射干涉系统中的梯度补偿装置，实现对大口径复杂面形元件的测量。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种非零位点衍射干涉系统中的梯度补偿装置，包括光纤激光器、光纤阵列、1/4波片和成像系统，共光轴设置光纤激光器、光纤阵列、1/4波片，其中光纤阵列端面镀有半透半反膜，光纤激光器与光纤阵列连接，1/4波片紧贴半透半反膜设置，待测件和成像系统均位于1/4波片的出射光路上；光纤阵列中每根光纤均由光开关实现光路通断。光纤激光器产生线偏振的激光，该线偏振的激光到达光纤阵列，在光纤阵列的端面出射多个标准球面波，标准球面波经过无偏振的半透半反膜入射至1/4波片形成左旋圆偏光的空间点衍射阵，上述空间点衍射阵中的每一个点衍射源均分为两部分，其中一部分形成参考光，直接进入成像系统，另一部分形成测试光入射至待测件，测试光携带了待测件的面型信息，经待测件反射回1/4波片，再经半透半反膜反射，最后通过1/4波片变为右旋圆偏光进入成像系统，测试光和参考光在成像系统中形成干涉图。本专利技术与现有技术相比，其显著优点：（1）利用光纤阵列端面作为点衍射器件，产生近似理想的标准球面波作为参考波前，从而避免在干涉系统中加入标准镜，这就避免了因标准镜的加工误差引入的波像差，同时突破了标准镜口径对测量口径的限制；（2）该方法用密集光纤阵列产生空间点衍射阵，每个点衍射源都能一一对应补偿被测件表面的局部梯度，提高了系统的动态测量范围；（3）每根光纤的通断可以单独控制，无需掩膜板，可以根据各种面形表面梯度，通过计算机编码控制每根光纤的通断灵活生成动态分布的空间点衍射源，测量通用性强。附图说明图1为本专利技术非零位点衍射干涉系统中的梯度补偿装置结构示意图。图2为本专利技术的光纤阵列图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。结合图1和图2，一种非零位点衍射干涉系统中的梯度补偿装置，包括激光器1、光纤阵列2、无偏振反射膜3、1/4波片4、待测件5、成像系统6；产生的点衍射阵中每一个光纤表示每一个点光源，主要是中心处的点光源起作用；光纤阵列2中有可以控制光纤通断的光开光，由此来控制光纤阵列2中每根光纤的通断；无偏振反射膜3在光纤阵列2的端面减少光纤阵列端面产生的偏振反射；1/4波片4能够提高干涉相位的解算精度，构成反向反射的空间偏振移相；依次共光轴设置激光器1、光纤阵列2、1/4波片4、成像系统6；光纤激光器1产生线偏振（可以理解为s光或p光）的激光，该线偏振的激光到达光纤阵列2，在光纤阵列2的端面出射多个标准球面波，标准球面波经过无偏振的半透半反膜3入射至1/4波片4形成左旋圆偏光的空间点衍射阵，上述空间点衍射阵中的每一个点衍射源均分为两部分，其中一部分形成参考光，直接进入成像系统6，另一部分形成测试光入射至待测件5，测试光携带了待测件5的面型信息，经待测件5反射回1/4波片4，再经半透半反膜3反射，最后通过1/4波片4变为右旋圆偏光进入成像系统6，测试光和参考光在成像系统6中形成干涉图。测试光两次经过1/4波片4相当于经过了一个半波片，这时测试光变为右旋圆偏光。测试光和参考光光在成像系统6中产生干涉。光纤阵列2由若干个光纤耦合器、光开关组成。为了避免相邻点光源之间相互干扰，光纤阵列中每根光纤都可以通过控制光纤耦合器模块中该根光纤中的光开关实现光路通断，上述光纤阵列2中每根光纤的出射面均位于同一个平面。1/4波片4可以实现反向反射的空间偏振移相，即每一根光纤出射的标准球面波为线偏振的s光，该球面通过1/4波片4（其入射面为无偏振反射膜，其反射率90%，出射面为减反膜，透射率大于99.9%）变为了左旋圆偏振光，而在进行测量时，被测光由待测件反射回来后入射到1/4波片，再由无偏振反射膜3反射到1/4波片4，由于两次经过1/4波片4相当于经过了一个半波片，则测试光变为右旋圆偏光。所述空间点衍射阵的大小、数量及排布规律与待测件5的口径和表面梯度相关联。每个点衍射源都一一对应补偿待测件5的某一局部梯度。上述半透半反膜3为无偏振的半透半反膜。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非零位点衍射干涉系统中的梯度补偿装置，其特征在于：包括光纤激光器（1）、光纤阵列（2）、1/4波片（4）和成像系统（6），共光轴设置光纤激光器（1）、光纤阵列（2）、1/4波片（4），其中光纤阵列（2）端面镀有半透半反膜（3），光纤激光器（1）与光纤阵列（2）连接，1/4波片（4）紧贴半透半反膜（3）设置，待测件（5）和成像系统（6）均位于1/4波片（4）的出射光路上；光纤阵列（2）中每根光纤均由光开关实现光路通断；光纤激光器（1）产生线偏振的激光，该线偏振的激光到达光纤阵列（2），在光纤阵列（2）的端面出射多个标准球面波，标准球面波经过无偏振的半透半反膜（3）入射至1/4波片（4）形成左旋圆偏光的空间点衍射阵，上述空间点衍射阵中的每一个点衍射源均分为两部分，其中一部分形成参考光，直接进入成像系统（6），另一部分形成测试光入射至待测件（5），测试光携带了待测件（5）的面型信息，经待测件（5）反射回1/4波片（4），再经半透半反膜（3）反射，最后通过1/4波片（4）变为右旋圆偏光进入成像系统（6），测试光和参考光在成像系统（6）中形成干涉图。

【技术特征摘要】
1.一种非零位点衍射干涉系统中的梯度补偿装置，其特征在于：包括光纤激光器（1）、光纤阵列（2）、1/4波片（4）和成像系统（6），共光轴设置光纤激光器（1）、光纤阵列（2）、1/4波片（4），其中光纤阵列（2）端面镀有半透半反膜（3），光纤激光器（1）与光纤阵列（2）连接，1/4波片（4）紧贴半透半反膜（3）设置，待测件（5）和成像系统（6）均位于1/4波片（4）的出射光路上；光纤阵列（2）中每根光纤均由光开关实现光路通断；光纤激光器（1）产生线偏振的激光，该线偏振的激光到达光纤阵列（2），在光纤阵列（2）的端面出射多个标准球面波，标准球面波经过无偏振的半透半反膜（3）入射至1/4波片（4）形成左旋圆偏光的空间点衍射阵，上述空间点衍射阵中的每一个点衍射源均分为两部分，其中一部分形成参考光，直接进入成像系统（6），另一部分形成测试光入射至待测件（5），测试光携带了待测件（5）的面型信息，经待测件（5）反射回1/4波片（...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈华，李轩，孙越，朱日宏，李嘉，高金铭，赵正洋，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32