通过频差多侧干涉法分析波前的方法技术

本发明专利技术与波前分析方法有关，该方法涉及采用频差的多侧干涉测量法。根据本发明专利技术，在待分析的光束的路径上放置具有二维网格的衍射光栅（ＧＲ）并且处理至少两种不同颜色的至少两个干涉图，每个干涉图是在一平面（Ｐ↓［Ｓ］）中从两个具有不同衍射级的子光束（Ｒ１，Ｒ２）获得的。本发明专利技术可用于分析和校正错位波前（Ｓ）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术旨在对光束的波前进行分析。此类分析使得能够测试光学元件，以及检验光学元件是否合格。它还 允许对不可直接测量的物理现象进行硏究，诸如在穿越地球大气层时可能遇到的紊动介质以及涌动的静脉(blowing vein)内的光学系数变化等。还 可构想诸如计量学及常规或强激光的控制等多种其它应用。根据本专利技术对波前的这种分析基于使用位于要分析的光束的路径上的衍射光栅。为了更好地理解以下内容，该光栅被定义为引入周期相位和强度变化的光学系统。 由此任何光栅由两个函数的乘积来表征 一个被称为相位函数，它表示光栅所引入的周 期性相位变化；另一个被称为强度函数，它表示光栅所引入的周期性强度变化。根据法国专利2 712 978，该申请人提示了二维光栅的构造和定义的模式。根据两 个方向规则排列的点集合构成一平面网格。这些点定义了元网格。元网格是允许实现平 面的无孔铺设的最小表面。元网格的多边形是其各边被将该集合的任意点连接至其最近 邻的线段所支持的最小的表面多边形。二维光栅是根据平面网格排列的元模式的自由重 复。平面网格可定义元网格，或者是六边形或者是矩形(方形网格仅是后者的特例)。当用被称为入射光束的光束对衍射光栅进行照射时，经光栅衍射的光 束可被描述为该入射光束的副本。这些光束被称为子光束，每一个对应该 光栅的一个衍射级。对由此获得的子射束进行的特定光学处理使得能够观察到由光斑的周 期性网格化制成的干涉图(干涉图像)。如果入射波前是平面的，则从子 射束的干涉得到的干涉图被称为原始干涉图。如果入射波前不是平面的， 则干涉图显示相对于原始干涉图的变形，这被称为变形干涉图。变形干涉 图的变形对于波前的增长率是敏感的。表面S的一点P(x， y， z)上的水平差du,d(P)被定义为位于点P的任一 侧且沿方向u相隔距离d的两点之间高度z'之差。如在此所使用的，表面 沿方向u且在距离d处的水平差则表示从对该表面的所有点P应用该函数du,d(P)得到的点集合P，(x， y， z')。该点集合P'定义了一新表面，标示为S'。 表面S的一点P(x, y, z)处的增长率tu,d(P)被定义为在该点P处获得的水 平差du,d(P)除以距离d。表面沿方向u且在距离d处的增长率则表示从对该 表面的所有点应用该函数tu,d(P)得到的点集合P"(x， y， z'/d)。该点集合P" 定义了一新表面，标示为S"。当表面S连续并且如果距离d趋向于0，则 表面S"趋向于S沿方向u的梯度。找到使连续表面的增长率非常接近该梯 度的足够小的距离d是有可能的。在这种情形下，该梯度和增长率得以同 化。在波前的分析领域，将增长率同化为梯度是非常普遍的(D.Malacara， "Optical Shop Testing (光学仪器车间测试)"，Wiley-Interscience，第二 版，126-127页)。为了分析波前，有一种己知的分析器被称为"Shack-Hartmann"分析 器，这在1981年AGARD会议论文集No.300 J.C. Wyant的"Phase measurements systems for adaptive optics (自适应光学器件的相位领!j量系 统)"中已有描述。主要原理在于将待分析的相位缺陷与微透镜栅格光学 共轭。在微透镜焦点的公共平面上，可观察到包括根据波前的增长率变形 的光斑光栅的强度图案。基于由微透镜网络衍射为子光束的细分的解释己 在2003年Optics Communications中J. Primot的"Theoretical description of Shack—Hartmann wave-front sensor (Shack—Hartmann波前传感器的理论描 述)"中得到发展。所谓的"Shack-Hartmann"波前分析器具有用于彩色光束的优点。光束的颜色被定义为不同波长的单色辐射以固定比例的混合。单色辐 射因此应被考虑为一特定颜色。这种分析器的光输出接近最大，相反，灵敏度和动态特性仅可通过改 变微透镜栅格来控制。同样己知的还有相位改变型——称为"相移"型波前干涉测量分析器， 这在D. Malacara的"Optical Shop Testing (光学仪器车间测试)"， Wiley-Interscience,第二版第14章中已有描述。相移干涉测量技术是在数 个臂之一上时间或空间地添加已知相移以从诸多干涉图确定波前的增长5率。 一般基于Michelson型干涉仪的这种设备是单色的并且只能同时实现单 个波长。然而如以上所提及的著作(560页)中所述的，连续使用若干个波 长是可能的，从而得到更大测量动态特性的益处并且还除去了光束的强度 偏移误差。组合了空间相移干涉仪和双波长测量的系统在欧洲专利1 505 365中有所描述。在法国专利申请2 712 978和2 795 175中，申请人详细描述了基于衍 射光栅并属于错位(shearing)干涉仪系列的三波和四波横向错位干涉仪， 错位干涉仪系列不同于相移干涉仪，它是上述著作(D. Malacara的"Optical Shop Testing (光学仪器车间测试)"，Wiley-Interscience,第二版，第4 章)中的描述对象。根据分离成子光束的方法，在三波和四波横向错位干涉仪中，衍射光 栅将待分析的光束光学分离成三个(三波横向)或四个(四波横向)子光 束。对由此获得的子光束的特定光学处理使得能够观察到包括光斑的周期 网格且对波前的增长率敏感的干涉图。在申请人的上述两篇专利中提到这种结果取决于梯度，该情形类似于 连续波前情形中的增长率。分析增长率只在能够连续调节动态特性和灵敏度的情况下才能进行。 还能够从测量本身开始估计测量误差；最后，得到的干涉图特别适用于基 于傅里叶变换的分析技术，通过计算手段使其简单且容易实现。类似于Shack-Hartmann干涉仪，这种干涉仪可用于彩色光束并且它们的光输出较高近来，光学器件控制领域中有了新的需要。在辐射测量灵敏度或空间 分辨率方面越来越高的要求导致实现通过根据笛卡尔或六边网格而应用较小尺寸的光学元件制成的直径极大的光学器件。这也被称为分段光学器件。 一个公知的示例是通过应用36个六边形元件形成的Keck望远镜。这些新 的光学系统要求适合的控制手段来允许对整个表面整形，即对不同分段进 行准确定位以便让它们全部在单个表面上。另一方面，光学仪器制造商越来越多地利用所谓的衍射光学组件，其包括不同大小和不同髙度的交替平面区域。这样有可能实现类似于诸如透 镜和棱镜等传统组件的光学功能，但又具有特定的特性，特别是在色彩学 领域。由于它们特定的形状，这些元件要求适合的表征手段。这两个应用示例的共同点是需要分析分离表面以映射位置和高度转 变，从而确定它们的值和/或修改它们、或者简单地检查它们。以下，表述"分离表面"将被用来表示各表面部分的不连续应用，这 些部分可能具有不同大小、各部分之间可能具有空隙并且各部分之间的水平有差异。由于分离表面不连续，增长率操作的所得表面不能同化为梯度。 分段镜——其元分段还未重定位——所反射的、或者诸如以上所定义 的衍射元件所传送的平面波前是分离波前。这两个应用示例由此显示了对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于分析光束的方法，其中　ａ）具有二维网格的衍射光栅（ＧＲ）被置于所述光束的路径上的一个平面（Ｐ↓［ｃ］）中，以使得所述光束由于衍射级而被衍射成不同的子光束（Ｒ１，Ｒ２）；　ｂ）在平行于所述光栅（ＧＲ）的所述平面的平面（Ｐ↓［ｓ］）中创建和观察由至少两个子光束（Ｒ１，Ｒ２）的干涉形成的至少两个干涉图，每个干涉图由不同的颜色实现；　ｃ）处理所述由两种不同颜色实现的至少两个干涉图以便从它们导出至少一个增长率从而分析所述波前。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J普里莫特，S韦尔盖，N盖里诺，R海尔达，M托维，
申请(专利权)人：ONERA法国宇航院，
类型：发明
国别省市：FR[法国]