一种利用同步移相干涉方法获得光学相位的方法和实现光路，涉及动态检测波面信息的方法和装置。本发明专利技术采用半透半反棱镜、偏振分光棱镜对光源进行六分束，同时结合偏振干涉的方法在空域一次采集到六幅同步移相干涉条纹图，这六幅干涉条纹分别成像于六只ＣＣＤ靶面上。对六幅干涉条纹图进行分析就可以得出测试波面的形状。由于振动的影响对同步移相干涉条纹图的影响是一致的，通过移相算法中相减相除的方法就可以消除振动的影响，这样就实现了适应更多工作环境的高精度波面测量，并且不需要在每次测量前进行ＰＺＴ线性校正。并且本发明专利技术的方法简单，原理清晰，光路中各部件容易获得，整个装置紧凑，易于使用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及动态检测波面信息的方法和装置，尤其涉及一种利用同步移相干涉方法获得光学相位的方法和实现光路。
技术介绍
在光学波面干涉测量术中，通常将激光作为相干光源，通过分振幅的方法产生两 束波面， 一束波面投向标准参考镜并返回后形成参考波面， 一束波面投向被测件并返回后 形成测试波面，参考波面与测试波面在空间相遇形成干涉场，由数字图像采集装置将干涉 场以干涉条纹图的形式记录下来，对干涉条纹图进行分析就可以得出测试波面的形状。目 前，在国内外商品化激光波面干涉仪中，还广泛使用光学移相测量的方法。这种方法将压电 陶瓷变换器(PZT)作为光学移相的致动器件，标准参考镜通过弹性结构与PZT器件联结在 一起，当给PZT加上步进电压时，PzT产生步进位移，此位移通过弹性结构传递给标准参考 镜，从而可以阶梯式改变参考波面的相位亦即实现光学移相(通常移相步长为90。)，在移 相过程中采集干涉场可以得到若干幅移相干涉条纹图。通过对多幅移相干涉条纹图的分析 可进一步提高波面测量精度。然而，这种PZT光学移相是一种时域移相，当测试环境存在振 动时，不同时刻采集的移相干涉图就会引入相位误差，这种误差通常是随机变化并难以消 除的，它是时域移相干涉测量中误差的主要来源。即使不考虑环境振动的影响，干涉仪在每 次测量前也要对PZT的电压位移特性进行线性校正，以保证测量过程中移相的准确性。鉴 于时域PZT光学移相不适合有振动的现场干涉测量，因此最直接的思路是在空域同时产生 若干移相干涉场，对这些干涉场进行瞬态同步记录，就可以得到若干幅同步移相干涉条纹 图。由于振动的影响对同步移相干涉条纹图的影响是一致的，通过移相算法中相减相除的 方法就可以消除振动的影响，这样就实现了适应更多工作环境的高精度波面测量并且不需 要在每次测量前进行PZT线性校正。根据2001年JamesE. Millerd和NealJ. Brock等人的 研究，采用全息光栅对光束进行四分束，并结合偏振干涉方法，在空间同时得到了四幅移相 90度的干涉条纹图，这种方法获得了较好的测量结果。但由于采用全息光栅进行分光，为了 不出现不必要的衍射光、不改变入射光的波面，对光栅制作工艺要求较高，因此这种干涉仪 整体成本较高。
技术实现思路
为了克服常规移相式激光平面干涉仪时域测量原理的弊端，本专利技术提供一种能够 利用同步移相干涉方法测量光学相位的光路装置，它采用半透半反棱镜、偏振分光棱镜对 光源进行六分束，同时结合偏振干涉的方法在空域一次采集到六幅同步移相干涉条纹图， 这六幅干涉条纹分别成像于六只CCD靶面上。 为了实现上述目的，本专利技术采取了如下得到六幅同步移相干涉条纹图的方法和实 现光路 利用同步移相干涉法测量光学相位的方法，通过分振幅的方法产生两束波面，一束波面投向标准参考镜并返回后形成参考波面，另一束波面投向被测件并返回后形成测试 波面，参考波面与测试波面在空间相遇形成干涉场，由数字图像采集装置将干涉场以干涉 条纹图的形式记录下来，对干涉条纹图进行分析就可以得出测试波面的形状。其具体方法 为以线偏振平面光源作为光源，光源由第一个半透半反棱镜分成两束互相垂直的透射光 L和反射光I2 ;其中透射光L经第二个半透半反棱镜再分成两束互相垂直的透射光Iu和 反射光112 ;其中透射光In由被测镜反射返回，再经第二个半透半反棱镜分成两束互相垂直 的透射光Im和反射光I112 ;其中透射光Im光返回至第一个半透半反棱镜，又由第一个半 透半反棱镜分成两束互相垂直的透射光和反射光I1112 ;其中反射光I1112经八分之一波片由 标准参考镜反射返回再次由第一个半透半反棱镜分成两束互相垂直的透射光I11121和反射 光I11122 ;其中透射光I11121由偏振分光棱镜分成两束传播方向和偏振态都互相垂直的透射 光Im211和反射光I111212，其中反射光I111212与反射光I2经偏振分光棱镜分成的反射光I22叠 加发生干涉，得到第一幅干涉条纹图。透射光I111211与反射光I2经偏振分光棱镜分成的透 射光I21叠加发生干涉，得到第二幅干涉条纹图。反射光I11122再次经第二个半透半反棱镜 分成两束互相垂直的透射光I111221和反射光I111222 ;其中透射光I111221再次由被测镜反射返 回，又一次经第二个半透半反棱镜分成两束互相垂直的透射光I1112211和反射光I1112212 ;其中 反射光Im2212由偏振分光棱镜分成两束传播方向和偏振态都互相垂直的透射光I11122121和 反射光111122122，其中反射光I11122122与反射光I112经偏振分光棱镜11分成的反射光I1122叠 加发生干涉，得到第三幅干涉条纹图。透射光I11122121与反射光I112经偏振分光棱镜分成的 透射光I1121叠加发生干涉，得到第四幅干涉条纹图。反射光I111222由偏振分光棱镜分成两 束传播方向和偏振态都互相垂直的透射光I1112221和反射光11112222 ，其中反射光I1112222与反 射光I12经偏振分光棱镜11分成的反射光I122叠加发生干涉，得到第五幅干涉条纹图。透 射光Im2221与反射光I12经偏振分光棱镜分成的透射光I121叠加发生干涉，得到第六幅干涉 条纹图。上述第一个半透半反棱镜、第二个半透半反棱镜、偏振分光棱镜、偏振分光棱镜、 偏振分光棱镜皆可将一束光分为两束互相垂直的光透射光和反射光；且第一个半透半反棱 镜、第二个半透半反棱镜对被测镜反射返回的光的反射存在半波损失；偏振分光棱镜、偏振 分光棱镜、偏振分光棱镜产生的透射光和反射光的偏振态相互垂直。上述六幅干涉条纹图 六只CCD靶面在空域一次采集，利用移相算法对各干涉条纹图的干涉光强值进行计算得到 光学相位。 上述利用同步移相干涉法测量光学相位的方法可以用如下的光路实现采用线性 偏振稳频激光器作为光源，其输出的激光首先透过可旋转的半波片，后进入扩束系统，得到 线偏振平面光源。线偏振平面光源的投射方向上放置与投射光线成-45°的第一个半透半 反棱镜，在其透射光线方向上放置与透射光线成+45°的第二个半透半反棱镜，并且在第二 个半透半反棱镜的透射光线方向上放置与透射光线成90。的被测镜。在第一个半透半反棱 镜的反射光线方向上放置与反射光线成-45°的偏振分光棱镜，并在相反方向上依次放置 与反射光线成90。的八分之一波片和标准参考镜。在第二个半透半反棱镜4的反射光线方 向上放置与反射光线成+45°的偏振分光棱镜，并在相反方向上放置与反射光线成-45° 的偏振分光棱镜。其中，第一个半透半反棱镜设置为当光线通过第一个半透半反棱镜反射 投向八分之一波片和标准参考镜及反方向投射时存在半波损失；第二个半透半反棱镜设置 为当光线通过第二个半透半反棱镜反射投向偏振分光棱镜及反方向投射时存在半波损失；偏振分光棱镜、偏振分光棱镜、偏振分光棱镜皆为可使透射光和反射光的偏振态相互垂直 的半透半反棱镜；八分之一波片的快轴在垂直于光线投射的方向。 所述扩束系统由两个凸透镜组成。 本专利技术的方法简单，原理清晰，光路中各部件容易获得，整个装置紧凑，易于使用。 运用本专利技术介绍的方法和装置可以实现高精度光学干涉的高精度动态测量。附图说明 图1是本文档来自技高网...
【技术保护点】
利用同步移相干涉法测量光学相位的方法，通过分振幅的方法产生两束波面，一束波面投向标准参考镜并返回后形成参考波面，另一束波面投向被测件并返回后形成测试波面，参考波面与测试波面在空间相遇形成干涉场，由数字图像采集装置将干涉场以干涉条纹图的形式记录下来，对干涉条纹图进行分析就可以得出测试波面的形状；其特征在于：以线偏振平面光源作为光源，光源由第一个半透半反棱镜（４）分成两束互相垂直的透射光Ｉ↓［１］和反射光Ｉ↓［２］，其中透射光Ｉ↓［１］经第二个半透半反棱镜再分成两束互相垂直的透射经偏振分光棱镜（８）分成的透射光Ｉ↓［１２１］叠加发生干涉，得到第六幅干涉条纹图；上述第一个半透半反棱镜（４）、第二个半透半反棱镜（９）、偏振分光棱镜（５）、偏振分光棱镜（１１）、偏振分光棱镜（８）皆可将一束光分为两束互相垂直的光透射光和反射光，且第一个半透半反棱镜（４）、第二个半透半反棱镜（９）对被测镜（１０）反射返回的光的反射存在半波损失，偏振分光棱镜（５）、偏振分光棱镜（１１）、偏振分光棱镜（８）产生的透射光和反射光的偏振态相互垂直；上述六幅干涉条纹图六只ＣＣＤ靶面在空域一次采集，利用移相算法对各干涉条纹图的干涉光强值进行计算得到光学相位。光Ｉ↓［１１］和反射光Ｉ↓［１２］，其中透射光Ｉ↓［１１］由被测镜（１０）反射返回，再经第二个半透半反棱镜（９）分成两束互相垂直的透射光Ｉ↓［１１１］和反射光Ｉ↓［１１２］，其中透射光Ｉ↓［１１１］光返回至第一个半透半反棱镜（４），又由第一个半透半反棱镜（４）分成两束互相垂直的透射光和反射光Ｉ↓［１１１２］，其中反射光Ｉ↓［１１１２］经八分之一波片由标准参考镜（６）反射返回再次由第一个半透半反棱镜（４）分成两束互相垂直的透射光Ｉ↓［１１１２１］和反射光Ｉ↓［１１１２２］，其中透射光Ｉ↓［１１１２１］由偏振分光棱镜（５）分成两束传播方向和偏振态都互相垂直的透射光Ｉ↓［１１１２１１］和反射光Ｉ↓［１１１２１２］，其中反射光Ｉ↓［１１１２１２］与反射光Ｉ↓［２］经偏振分光棱镜（５）分成的反射光Ｉ↓［２２］叠加发生干涉，得到第一幅干涉条纹图；透射光Ｉ↓［１１１２１１］与反射光Ｉ↓［２］经偏振分光棱镜（５）分成的透射光Ｉ↓［２１］叠加发生干涉，得到第二幅干涉条纹图；反射光Ｉ↓［１１１２２］再次经第二个半透半反棱镜（９）分成两束互相垂直的透射光Ｉ↓［１１１２２１］和反射光Ｉ↓［１１１２２２］，其中透射光Ｉ↓［１...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘世炳，贺雪鹏，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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