本发明专利技术公开了一种光纤点衍射干涉仪的结构及其检测方法，所述的结构至少包括激光器、分光镜、测量光耦合透镜、参考光耦合透镜、测量光纤、参考光纤、被测元件及其调整机构、电荷耦合器件成像系统和图像分析计算机；所述的激光器发出的光入射到分光镜，将光分成两束，一束光经测量光耦合透镜耦合到测量光纤中，另一束光经参考光耦合透镜耦合到参考光纤中，两束光重叠后发生干涉，在电荷耦合器件成像系统的成像面上产生干涉条纹，用图像分析计算机分析干涉条纹，得到被测元件被测面的面形状况。本发明专利技术利用两根光纤纤芯衍射产生标准圆形的球面波作为理想的球面波光源，分别作为参考球面波和测量球面波。本发明专利技术光纤制作容易，成本较低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光学面形检测的技术和装置，特别是使用光纤产生标准球面波的点衍射干涉技术和干涉仪，用于高精度光学元件面形的检测和光学系统波面的检测领域。
技术介绍
随着光学技术和工艺的不断发展，对光学元件的精度要求越来越高，甚至要求达到光学衍射极限分辨率。而光学元件的加工精度主要受限于干涉计量技术中的干涉标准镜本身的精度。高精度的干涉仪的干涉标准镜很难加工和装配，成本很高。用点衍射产生标准球面波的技术(美国专利6，344，898)提供了一种简单的低成本的解决办法。点光源产生的球面波代替标准镜产生的标准波面，这种方法关键是制作足够小的圆形小孔，以便使通过小孔的光波可以看成是理想的球面波，并且要求小孔具有足够的透光率，以使球面波具有一定的强度能产生干涉像。在现有技术中，如中国专利ZL 03115412. 3《检测表面形状的点衍射干涉仪》和ZL 200710172257. 5《点衍射干涉仪》等大多采用刻蚀方法制作一个掩膜板小孔产生球面波，将球面波的一部分作为参考波面，另一部分作为测量波面。上述现有技术中存在的缺点是1、由于采用刻蚀等方法很难制作理想的圆形掩膜板小孔，因而小孔衍射出的光波可能导致球面波不够理想。2、一个掩膜板小孔产生球面波本身因小孔太小，能量就不大，还要分成参考波面和测量波面两个部分，当检测圆形面时，相当于在一个大圆中截出两个小圆，会造成很大的能量浪费，影响干涉像的产生。3、因小孔衍射出的标准球面波和测量球面波空间位置靠得很近，还要考虑到干涉成像，因而总体结构受空间限制，检测时调整和操作不方便。
技术实现思路
为解决现有技术存在的上述问题，本专利技术要设计一种衍射出的球面波是标准圆形、球面波能量损耗小、检测时调整和操作方便的光纤点衍射干涉仪的结构及其检测方法。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下一种光纤点衍射干涉仪的结构，至少包括激光器、分光镜、测量光耦合透镜、参考光耦合透镜、测量光纤、参考光纤、被测元件及其调整机构、电荷耦合器件成像系统和图像分析计算机；所述的激光器发出的光入射到分光镜，将光分成两束，一束光经测量光耦合透镜耦合到测量光纤中，另一束光经参考光耦合透镜耦合到参考光纤中，从参考光纤出射端面出射的标准球面波作为参考光波，从测量光纤出射端面出射的标准球面波作为测量光波射到被测元件的被测面上、再反射到参考光纤出射端面上、与参考光波重叠后发生干涉，在电荷耦合器件成像系统的成像面上产生干涉条纹，用图像分析计算机分析干涉条纹，得到被测元件被测面的面形状况；所述的分光镜的分光比满足测量光纤输出光到达电荷耦合器件成像系统的光强与参考光纤输出光到达电荷耦合器件成像系统的光强相当的条件；所述的测量光耦合透镜的数值孔径与测量光纤的数值孔径相匹配；所述的参考光耦合透镜的数值孔径与参考光纤的数值孔径相匹配；所述的测量光纤和参考光纤都是单模光纤；参考光纤出射端面镀半反半透膜；所述的测量光纤出射端面、参考光纤出射端面、被测元件和电荷耦合器件成像系统形成对角排布，所述的测量光纤出射端面与被测元件对角排布，参考光纤端面与电荷耦合器件成像系统对角排布；所述的被测元件的被测光轴与测量光纤的测量光轴同轴；所述的电荷耦合器件成像系统的成像光轴与参考光纤的参考光轴同轴；所述的参考光纤出射端面与测量光纤出射端面尽量靠近。本专利技术所述的参考光纤出射端面加工成斜面，使得参考光纤出射端面与参考光纤的参考光轴的夹角为θ。本专利技术所述的参考光轴与测量光轴的夹角为180° -2 θ，使得电荷耦合器件成像系统的成像光轴与被测元件的被测光轴夹角也是180° -2 θ，为使结构排布方便，θ —般取60 85°。本专利技术的另一个技术方案如下一种光纤点衍射干涉仪的结构，至少包括激光器、 分光镜、测量光耦合透镜、参考光耦合透镜、测量光纤、参考光纤、被测元件及其调整机构、 电荷耦合器件成像系统、图像分析计算机和相移元件；所述的激光器发出的光入射到分光镜，将光分成两束，透射光经测量光耦合透镜耦合到测量光纤中，反射光达到相移元件反射回分光镜，经由分光镜2透射后作为参考光，并经参考光耦合透镜耦合到参考光纤中，从参考光纤出射端面出射的标准球面波作为参考光波，从测量光纤出射端面出射的标准球面波作为测量光波射到被测元件的被测面上、再反射到参考光纤出射端面上、与参考光波重叠后发生干涉，在电荷耦合器件成像系统的成像面上产生干涉条纹，用图像分析计算机分析干涉条纹，得到被测元件被测面的面形状况。一种光纤点衍射干涉仪的检测方法，包括下列步骤Α、选用两根纤芯直径小的单模光纤作为产生标准球面波的光纤，一根为参考光纤，另一根为测量光纤；B、将激光器产生的激光经分光镜分光后，分别通过测量光耦合透镜和参考光耦合透镜耦合到测量光纤和参考光纤中；C、将从参考光纤出射端面出射的标准球面波作为参考光波，将从测量光纤出射端面出射的标准球面波作为测量光波射到被测元件的被测面上，再反射到参考光纤出射端面上，与参考光波重叠后发生干涉，在电荷耦合器件成像系统的成像面上产生干涉条纹；D、用图像分析计算机分析上述干涉条纹，得到被测元件的被测面面形状况。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果1、由于本专利技术利用两根光纤纤芯衍射产生标准圆形的球面波作为理想的球面波光源，分别作为参考球面波和测量球面波。而所用的单模光纤纤芯直径是几个微米量级，与现有技术中圆形掩膜板小孔相比，产生的球面波要理想得多。而且光纤制作容易，成本较低。2、本专利技术的激光耦合进光纤中后，除了参考光纤出射端面有一半的光强损耗外， 其它部分光强损耗就很小了。而且两根光纤恰好形成两部分圆形的参考波面和测量波面， 没有大的能量浪费，较容易形成清晰干涉像。3、由于本专利技术所用光纤本身就较细小，端面容易靠得很近，光纤位置移动灵活，总体结构上空间容易排布。4、由于本专利技术的参考光纤的出射端面与测量光纤的的出射端面靠得很近，使得入射到被测元件的光轴和从被测元件的出射的光轴夹角可以忽略，从而保证了系统的同轴性，减小了系统误差。附图说明图1是本专利技术光纤点衍射干涉仪装置实施例一的结构示意图。图2是本专利技术光纤点衍射干涉仪装置实施例二的结构示意图。图3是本专利技术光纤点衍射干涉仪检测中结构光纤端面排布放大图，实施例一和实施例二相同。图中1、激光器，2、分光镜，3、测量光耦合透镜，4、参考光耦合透镜，5、测量光纤， 6、参考光纤，7、被测元件，8、电荷耦合器件成像系统，9、图像分析计算机，10、相移元件， 501、测量光纤出射端面，502、测量光轴，601、参考光纤出射端面，602、参考光轴，701、被测面，702、入射光轴，703、出射光轴，801、成像面，802、成像光轴。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术进行进一步地描述。如图1所示，本专利技术的点衍射干涉仪至少包括激光器1、分光镜2、测量光耦合透镜3、参考光耦合透镜4、测量光纤5、参考光纤6、被测元件7及其调整机构、电荷耦合器件成像系统8和图像分析计算机9。将激光器1产生的激光经分光镜2分成两束光，一束光作为测量光，由测量光耦合透镜3耦合到测量光纤5中，另一束光作为参考光，由参考光耦合透镜4耦合到参考光纤6 中。从参考光纤出射端面601出射的标准球面波作为参考光波；从测量光纤出射端面 501出射的标准球面波作为测量光波，射到被本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种光纤点衍射干涉仪的结构，其特征在于：至少包括激光器（１）、分光镜（２）、测量光耦合透镜（３）、参考光耦合透镜（４）、测量光纤（５）、参考光纤（６）、被测元件（７）及其调整机构、电荷耦合器件成像系统（８）和图像分析计算机（９）；所述的激光器（１）发出的光入射到分光镜（２），将光分成两束，一束光经测量光耦合透镜（３）耦合到测量光纤（５）中，另一束光经参考光耦合透镜（４）耦合到参考光纤（６）中，从参考光纤出射端面（６０１）出射的标准球面波作为参考光波，从测量光纤出射端面（５０１）出射的标准球面波作为测量光波射到被测元件（７）的被测面（７０１）上、再反射到参考光纤出射端面（６０１）上、与参考光波重叠后发生干涉，在电荷耦合器件成像系统（８）的成像面（８０１）上产生干涉条纹，用图像分析计算机（９）分析干涉条纹，得到被测元件（７）被测面（７０１）的面形状况；所述的分光镜（２）的分光比满足测量光纤（５）输出光到达电荷耦合器件成像系统（８）的光强与参考光纤（６）输出光到达电荷耦合器件成像系统（８）的光强相当的条件；所述的测量光耦合透镜（３）的数值孔径与测量光纤（５）的数值孔径相匹配；所述的参考光耦合透镜（４）的数值孔径与参考光纤（６）的数值孔径相匹配；所述的测量光纤（５）和参考光纤（６）都是单模光纤；参考光纤出射端面（６０１）镀半反半透膜；所述的测量光纤出射端面（５０１）、参考光纤出射端面（６０１）、被测元件（７）和电荷耦合器件成像系统（８）形成对角排布，所述的测量光纤出射端面（５０１）与被测元件（７）对角排布，参考光纤（６）端面与电荷耦合器件成像系统（８）对角排布；所述的被测元件（７）的被测光轴与测量光纤（５）的测量光轴（５０２）同轴；所述的电荷耦合器件成像系统（８）的成像光轴（８０２）与参考光纤（６）的参考光轴（６０２）同轴；所述的参考光纤出射端面（６０１）与测量光纤出射端面（５０１）尽量靠近。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：曹晓君，张学军，
申请(专利权)人：大连民族学院，
类型：发明
国别省市：91
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