CN102944169B - 一种同步偏振相移干涉仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种同步偏振相移干涉仪，以HeNe激光器作为线偏振相干光源，包括：携带了标准镜和待测镜相位信息的参考光和测量光，分别被所述偏振分光棱镜反射和透射后合束到同一光路中，在该光路上分别依次设有1/4波片和分束棱镜；光束可被所述消偏振分束棱镜分为等幅值的两部分，分束后的两光路上分别设有偏振分光棱镜；光束经过所述偏振分光棱镜后的光路上分别设有图像采集装置。本发明的同步偏振相移干涉仪，使用波片和偏振棱镜结构，通过采用偏振光干涉，可同一时刻获得相位依次相差π/2的四幅干涉图，可消除气流和环境振动对测量的影响，可应用于光学系统现场检验，复杂恶劣环境的光学检验，并能实现连续动态测量。
Description
技术领域
本发明涉及光学干涉测量仪器技术领域，特别涉及一种同步偏振相移干涉仪。
背景技术
相移干涉技术是一种非接触式的高精密测量方法，可实现高精度、实时快速测试，大大扩展了干涉仪的测量功能，提高了测试效率，广泛用于光学元件面形的检测和光学系统成像质量的评价，促进了现代光学制造水平的提高。传统的相移干涉技术采用压电陶瓷电机驱动标准镜位移，采用不同时刻标准镜位移法获得四组空间移相信息（0°、90°、180°、270°）。换句话说，是通过在不同时间进行多次采集，分别获得相移的多幅空间移相信息的图像。在一般的环境条件下，由于受震动的影响，干涉条纹时时在抖动，需要极其稳定的环境方可获得真实的四组干涉条纹信息。由于测量场合和环境的限制，在测量过程中，难免要受到环境振动、空气扰动以及光强的不一致性等因素的影响，必然导致干涉图样的抖动、扭曲、模糊，使得在移相过程中CCD采集图样时引入随机相位误差，严重影响到检测的结果和精度，限制了它的进一步应用。
发明内容
本发明要解决现有技术中的瞬时相移干涉方法存在空间分辨能力低，测量精度低，而且成本高的技术问题，提供一种空间分辨能力高、测量精度好、成本低的同步偏振相移干涉仪。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：
一种同步偏振相移干涉仪，以HeNe激光器作为线偏振相干光源，包括：
所述激光器出射的线偏振光的光路上设置的偏振分光棱镜，偏振光的振动方向与偏振分光棱镜的主截面成45°,线偏振光入射到所述偏振分光棱镜后被分解为水平偏振的参考光和垂直偏振的测量光；
在参考光的光路上的分别依次设置的1/4波片和标准镜；参考光可经所述标准镜的反射，携带标准镜的相位信息返回所述偏振分光棱镜；
在测量光的光路上的分别依次设置的1/4波片、透镜和待测镜；测量光可经所述待测镜的反射，携带待测镜的相位信息返回所述偏振分光棱镜；
携带了标准镜和待测镜相位信息的参考光和测量光，分别被所述偏振分光棱镜反射和透射后合束到同一光路中，在该光路上分别依次设有1/4波片和消偏振棱镜；光束可被所述消偏振棱镜分为等幅值的两部分，分束后的两光路上分别设有偏振分光棱镜；光束经过所述偏振分光棱镜后的光路上分别设有图像采集装置。
上述技术方案中，所述图像采集装置为CCD相机。
上述技术方案中，在所述激光器的激光出射位置处还设有扩束及空间滤波装置。
上述技术方案中，所述扩束及空间滤波装置包括沿光路方向依次设置的：准直透镜、针孔及透镜。
上述技术方案中，所述第水平振为P偏振光；所述第垂直振为S偏振光，两种振动方向互相垂直的线偏振光分别带有各自的相位进行干涉。
本发明的同步偏振相移干涉仪具有以下优点：
本发明的同步偏振相移干涉仪，使用波片和偏振棱镜结构，通过采用偏振光干涉，可同一时刻获得相位依次相差π/2的四幅干涉图，可消除气流和环境振动对测量的影响，可应用于光学系统现场检验，复杂恶劣环境的光学检验，并能实现连续动态测量。
本发明的同步偏振相移干涉仪，光学系统结构简单，采用偏振棱镜和波片即可实现同步相移。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明的同步偏振相移干涉仪的系统结构示意图；
图2是本发明的同步偏振相移干涉仪的波片棱镜偏振相移结构示意图。
图中的附图标记表示为：
1-激光器；2 - 准直透镜；3-针孔； 5-平面反射镜；6-偏振分光棱镜；8-标准镜； 11-待测镜；13-消偏振棱镜；
4、10-透镜；7、9、12- 1/4波片； 14、15-偏振分光棱镜；
16- 0° CCD相机；17- 180° CCD相机；18- 90° CCD相机；19- 270° CCD相机。
具体实施方式
本发明的发明思想为：本发明的同步偏振相移干涉仪，采用激光器作为线偏振相干光源，经过主偏振分光棱镜分束，产生P光和S光分别射向标准面和被检面；再次反射后携带面型信息由主偏振分光棱镜合束，再经过波片及消偏振分光棱镜分束后，分别通过具有一定空间位置关系的棱镜分束产生4束相干光，经过偏振片后相干成像由CCD相机接收，即实现同步移相接收。
下面结合附图对本发明做以详细说明。
图1和2显示了本发明的同步偏振相移干涉仪的一种具体实施方式，其采用波长为632.8nm的HeNe激光器作为线偏振相干光源。如图1所示，本发明的同步偏振相移干涉仪包括：激光器1、准直透镜2、针孔3、透镜4、平面反射镜5、偏振分光棱镜6、1/4波片7、标准镜8、1/4波片9、透镜10待测镜11、1/4波片12、消偏振棱镜13、偏振分光棱镜14、偏振分光棱镜15、 0° CCD相机16、 180° CCD相机17、 90° CCD相机18以及 270° CCD相机19。
其中，激光器1与准直透镜2相连，透镜2与针孔3及透镜4相连，三者组成一个滤波器。透镜4端和平面反射镜5相连，平面反射镜5与偏振分光棱镜6相连。偏振分光棱镜6分别与1/4波片7、1/4波片9、1/4波片12相连，1/4波片7与标准镜8相连，1/4波片9与透镜10相连，透镜10与待测镜11相连。1/4波片12与消偏振棱镜13相连，消偏振棱镜13分别与偏振分光棱镜14、偏振分光棱镜15相连。偏振分光棱镜14分别与0° CCD相机16、180° CCD相机17相连。偏振分光棱镜15分别与90° CCD相机18、270° CCD相机19相连。
本发明的同步偏振相移干涉仪的原理及过程如下，同步相移干涉仪的原理及过程如图1所示，首先调整激光器1出射的线偏振光的偏振方向，使其与水平方向成 45°，然后经过偏振分光棱镜6被分解为S偏振态测量光和P偏振态参考光，参考光两次通过 1/4波片7后变为S偏振态并且携带了标准镜8的相位信息，测量光两次通过 1/4波片9后变为P偏振态并且携带了待测镜11的相位信息，再次经过偏振分光棱镜6，分别被反射和透射后合束到同一光路中，经过1/4波片12，S、P光分别变为左、右旋圆偏振光，这里需要保证1/4波片7、9、12的快轴与光轴成45°。通过消偏振棱镜13将光束分为等幅值的两部分，分别通过具有一定空间位置关系的偏振分光棱镜14和偏振分光棱镜15，采用4个CCD相机接收，可实现同步移相干涉。
其中，如图2所示，要保证偏振分光棱镜15的分束面竖直放置，偏振分光棱镜14分束面呈倾斜45°放置。偏振分光棱镜15使得偏振方向在水平方向的偏振分量透射形成的干涉图样被90° CCD相机18接收，而竖直方向的偏振分量被反射形成的干涉图样被270° CCD相机19接收，两者之间具有180°的相位差，其中90° CCD相机18接收相位为π/2，270° CCD相机19接收的相位3π/2；同理，偏振分光棱镜14使得偏振方向在与水平成45o的方向的偏振分量透射形成的干涉图样由0° CCD相机16接收，而与竖直成45o的偏振分量被反射形成的干涉图样被180° CCD相机17接收，其中0° CCD相机16接收相位为0，180° CCD相机17接收的相位为π，两者之间的相位差为180°。由于偏振分光棱镜14与偏振分光棱镜15分束面的夹角为45°，使接收0° CCD相机16与90° CCD相机18之间产生90°移相，180° CCD相机17与270° CCD相机19之间产生90°移相，从而在同一时刻得到了四幅依次移相90°的干涉图，实现了同步相移干涉。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (4)
1.一种同步偏振相移干涉仪，以HeNe激光器作为线偏振相干光源，其特征在于，包括：
所述激光器(1)出射的线偏振光的光路上设置的偏振分光棱镜(6)，偏振光的振动方向与偏振分光棱镜(6)的主截面成45°，线偏振光入射到所述偏振分光棱镜(6)后被分解为水平偏振的参考光和垂直偏振的测量光；
在参考光的光路上的分别依次设置的1/4波片(7)和标准镜(8)；参考光可经所述标准镜(8)的反射，携带标准镜的相位信息返回所述偏振分光棱镜(6)；
在测量光的光路上的分别依次设置的1/4波片(9)、透镜(10)和待测镜(11)；测量光可经所述待测镜(11)的反射，携带待测镜的相位信息返回所述偏振分光棱镜(6)；
携带了标准镜和待测镜相位信息的参考光和测量光，分别被所述偏振分光棱镜(6)反射和透射后合束到同一光路中，在该光路上分别依次设有1/4波片(12)和消偏振棱镜(13)；光束可被所述消偏振棱镜(13)分为等幅值的两部分，分束后的两光路上分别设有偏振分光棱镜(14、15)；光束经过所述偏振分光棱镜(14、15)后的光路上分别设有图像采集装置。
2.根据权利要求1所述的同步偏振相移干涉仪，其特征在于，所述图像采集装置为CCD相机。
3.根据权利要求1所述的同步偏振相移干涉仪，其特征在于，在所述激光器(1)的激光出射位置处还设有扩束及空间滤波装置。
4.根据权利要求3所述的同步偏振相移干涉仪，其特征在于，所述扩束及空间滤波装置包括沿光路方向依次设置的：准直透镜(2)、针孔(3)及透镜(4)。
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