大口径波面干涉测量仪制造技术

一种大口径波面干涉测量仪，它由入射平板（１）、反射平板（２、４）、出射平板（３）和反射平板（５、６）构成，其中平板（１、３）为透射平板，反射平板（２、４、６）为整块，而反射平板（５）是由一上半平板（５１）和一下半平板（５２）构成的，上述平板的位置关系如下：透射平板（１、３）与反射平板（２、６）平行，反射平板（４）与反射平板（２）垂直，反射平板（５）的上、下半平板（５１、５２）与反射平板（６）垂直为基准方向，上半平板（５１）与基准方向的夹角为α，下半平板（５２）与基准方向的夹角为－β，而且α＝β，待测入射波面经透射平板（１）形成的反射光束Ｂ和透射光束Ａ，该反射光束Ｂ经平板（６、５、３）反射和该透射光束Ａ经平板（２、４）的反射并透过平板（３）后两光束出射时，波面的重合部分构成等光程相干。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及波面测量，特别是一种大口径波面干涉测量仪，特别适合于相干长度小，波差小于一个波长的波面的精密测量。
技术介绍
卫星之间的激光通信要求发射激光光束达到高度的平行性。光学衍射极限是光束受到孔径限制条件下能够达到的最小的发散度，此时光束波面只具有0.3λ左右的波面象差。在先技术可以利用双楔形平板剪切干涉测量这样微小的波差。剪切干涉法是一种方便精密的间接测量方法，通过待测波面与自身复制面的干涉求得波面的变化率。但是对于大口径下，相干长度小的光源测量比较困难，因此需要一种简便易行的大口径、适用于光源相干长度小的高精度测量系统。在先技术(参见M.V.R.K.Murty，”The use of a single plane parallel plate as alateral shearing interfereometer with a visible gas lasersource”，Appl.Opt.3，531-534(1964))中所描述的平行平板剪切干涉仪，利用平板的厚度和折射率，光束入射角产生剪切干涉条纹。但是波差在一个波长以下，出现均匀视场，更小的波差无法辨别。在先技术(参见R.S.Sirohi and M.P.Kothiyal，”Double wedge plate shearinginterferometer for collimation testing，”Appl.Opt.26，4054-4056(1987))中所描述的是双楔形平板的剪切测量干涉仪利用两块楔角反向平行的楔形平板形成两组干涉条纹，通过两组条纹的夹角或宽度差求出波面。检测精度是单楔板剪切的2倍。但是要比较两幅干涉图，需提供参考或要求严格反向平行。由楔板决定的剪切波面与待测波面无法分开，非等光程相干。因此只适用于相干长度长的光源探测。在先技术(参见G.Li，M.Zhao，and J.Zhang，”Improved wedge-plate shearinginterferometric technique for a collimation test，”Appl.Opt.31，4363-4364(1992))中所描述的是在先技术的改型，由一块楔形板的反射和透射代替两块反向平行的楔板，形成两组剪切干涉条纹，不需要提供参考或调节两光楔严格反向平行。但是仍为非等光程相干。在先技术(参见Yun Woo Lee，Hyun Mo Cho，In Won Lee，“half-apertureshearing interferometer for collimation testing”，Opt.Eng.32(11)，2837-2840(1993))中所描述的是用两块挡板分别遮挡在先技术中反射透射光路的上下部分，使两组条纹合并成一幅干涉图，相互参考方便比较。仍为非等光程相干。在先技术(参见专利02155049.2双剪切波面干涉测量仪)中所描述的是以雅敏干涉仪为基础的分口径双楔板剪切干涉仪，利用两块平行板和四块楔形形成一幅分口径的剪切干涉图。剪切量是同样厚度楔板的两倍，剪切量越大，可以准确测得更小的波差。由系统直接得到分口径干涉图不需要实验过程中遮挡。为等光程相干。但是对于大口径检测，分束需要大厚度平行板，制作困难。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服上述已有技术的困难，提供一种大口径波面干涉测量仪，它应具有可以测量衍射极限波面，等光程相干，适用于短相干长度光源，例如相干长度几毫米的半导体激光器。分口径条纹测量简便，直观等优点。本专利技术的技术解决方案如下一种大口径波面干涉测量仪，其特点是它由一入射平板、一出射平板和四块反射平板构成，其中入射平板和出射平板平板为可偷射平板，四块反射平板中可任选一块反射平板是由上半平板和下半平板构成，而其余三块是整体的，上述平板的位置关系如附图说明图1所示透射平板(1、3)与反射平板(2、6)平行，反射平板(5)的上、下半平板(51、52)与反射平板(6)垂直为基准方向，上半平板(51)与基准方向的夹角为α，下半平板(52)与基准方向的夹角为-β，而且α＝β，待测入射波面经透射平板(1)形成的反射光束B和透射光束A，，该反射光束B经平板(6、5、3)反射和该透射光束A经平板(2、4)的反射并透过平板(3)后，两光束出射时，波面的重合部分构成等光程相干。所述的反射平板(2、4、5、6)中，可任选一块由上半平板和下半平板构成，而其余三块反射平板为整块。所述的反射平板(2)和(4)被固定在一起。所述的夹角α与口径内观察的条纹数N、入射波长λ和入射光束孔径半径R的关系为α=(N-1)λ(2R-S)]]>待测波面W与入射波长λ、剪切量S、入射光束孔径半径R、干涉图的上部分条纹间距T1和干涉图的下部分条纹间距T2的关系为W=λR22S|T2-T1|T1T2=λR22SΔTT1T2]]>式中T1为干涉图的上部分条纹间距，T2为干涉图的下部分条纹间距，ΔT为上下条纹数之差。本专利技术采用马赫—曾德尔型的剪切干涉仪为基础，引入分上下的反射平板，上下与其他平板成不同的角度，差动测量波面，精度高。相干的两波面相互分开，恒等光程干涉。由板的位移决定剪切量，对板的厚度要求可以相对降低，可以制作大口径。因此适用于测量大口径，衍射极限下的波面，特别是适用于短相干长度的光源。图3为观察屏内的干涉条纹示意图工作时放置如下首先调整平板1与平板3及反射平板中的2和6平行，平板4与平板2垂直，平板5的上下两块与平板6垂直为基准方向。第二步微调使平板5的上下部分分别以顺时针和逆时针方向转动角度，以逆时针转动为正。上半块51与平板5的基准方向成角度为α，下半块52与平板5基准方向成角度为-β，一般取α＝β时为最佳值。调整平板5和6，使相干光束为等光程相干。实验过程中根据需要调整剪切量。一般地，调整不分割的平板。在这里平板2和4固定在一起，沿移动方向调整改变剪切量，这样可以在待测波面以45度入射到平板1的情况下，调整过程中始终保持光程一定。即恒等光程相干。使用干涉仪来调节平板1与2，3，6的平行，4与2垂直。并保证平板5与6的成角满足设计要求。大口径波面干涉测量仪的基本原理为待测波面斜入射于平行平板1，一部分在其入射界面上反射(B)，另一部分折射入该平板并在第二个界面上透射出(A)。A波面经过平板2和4反射，经平板3透射到观察屏。B波面通过平行平板6和5反射上下一分为二，上半波面的光轴和下半波面的光轴相对于待测波面光轴偏离方向相反，并经平行平板3反射到观察屏。在观察屏，两波面的重合部分产生干涉图。入射波面经过平板1反射和平板6，5反射后，由于角±α的关系上下产生不同的出射方向。由设计的口径内观察条纹数N和希望剪切量S可以确定角α。α与口径内观察条纹数N，入射波长λ，入射光束孔径半径R的关系为α=(N-1)λ(2R-S)]]>待测波面W与入射波长λ、剪切量S、入射光束孔径半径R、干涉图的上部分条纹间距T1和干涉图的下部分条纹间距T2的关系为W=λR22S|T2-T本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大口径波面干涉测量仪，其特征在于它由入射平板（１）、反射平板（２、４）、出射平板（３）和反射平板（５、６）构成，其中平板（１、３）为透射平板，反射平板（２、４、６）为整块，而反射平板（５）是由一上半平板（５１）和一下半平板（５２）构成的，上述平板的位置关系如下：透射平板（１、３）与反射平板（２、６）平行，反射平板（４）与反射平板（２）垂直，反射平板（５）的上、下半平板（５１、５２）与反射平板（６）垂直为基准方向，上半平板（５１）与基准方向的夹角为α，下半平板（５２）与基准方向的夹角为－β，而且α＝β，待测入射波面经透射平板（１）形成的反射光束Ｂ和透射光束Ａ，该反射光束Ｂ经平板（６、５、３）反射和该透射光束Ａ经平板（２、４）的反射并透过平板（３）后两光束出射时，波面的重合部分构成等光程相干。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：栾竹，刘立人，祖继峰，滕树云，
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：31[中国|上海]