CN103471724A - 测量非轴对称波面的横向剪切干涉仪 - Google Patents

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Abstract

一种测量非轴对称波面的横向剪切干涉仪，用于对复杂波面进行波面检测，由分束单元、x方向剪切干涉单元、y方向剪切干涉单元、第一图像传感器、第二图像传感器和计算机构成。本发明采用直角棱镜实现光束x方向剪切，梯形直角棱镜实现y方向剪切，利用移动平台实现剪切量大小的调整。具有结构简单紧凑、在同一平台进行操作、剪切量可调的优点。

Description

测量非轴对称波面的横向剪切干涉仪
技术领域
本发明涉及横向剪切干涉仪，特别是一种用于测量非轴对称波面的横向剪切干涉仪。
背景技术
现有的波前测量技术主要有：由光束波前斜率来反演波前的夏克-哈特曼波前传感器、由光束波前曲率来反演波前的曲率波前传感器、由光束的聚焦光斑来反演波前的线性相位波前传感器、由光束产生的干涉条纹来反演波前的剪切干涉仪。剪切干涉仪又包含有径向剪切干涉仪和横向剪切干涉仪，其由于不需要引入参考波面，结构简单，被广泛采用。
在先技术[1](Murty,M.V.R.K."A compact lateral shearing interferometer based on theMichelson interferometer."Applied Optics9.5:1146-1148(1970))利用分束器实现光束剪切干涉，但无法在同一水平平台上搭建剪切方向互相垂直的两路干涉仪。
在先技术[2](Hii,King Ung,and Kuan Hiang Kwek."Dual-prism interferometer for collimationtesting."Applied Optics48.2:397-400(2009))利用双直角棱镜实现光束剪切干涉，但未给出两垂直方向上的剪切干涉测量方法，即无法对非轴对称波面进行测量。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，给出一种测量非轴对称波面的横向剪切干涉仪。该干涉仪引入梯形直角棱镜进行垂直方向的光束剪切，同时得到x方向和y方向两方向上的剪切干涉图。具有在同一平面进行操作，结构简单，且剪切量大小可调的优点。
本发明的技术解决方案如下：
一种测量非轴对称波面的横向剪切干涉仪，其特点在于该干涉仪由分束单元、x方向剪切干涉单元、y方向剪切干涉单元、第一图像传感器、第二图像传感器和计算机构成，所述分束单元包括光阑、第一分束器、平行平板和反射镜，所述的x方向剪切干涉单元包括第二分束器、第一直角棱镜、第二直角棱镜、水平移动平台，所述的第一直角棱镜位于所述的水平移动平台上，所述的y方向剪切干涉单元包括第三分束器、第一梯形直角棱镜、第二梯形直角棱镜、垂直轴移动平台，所述的第一梯形直角棱镜和第二梯形直角棱镜的结构相同，由两块直角棱镜胶合而成，在第二梯形直角棱镜的顶面镀反射膜，所述的第一梯形直角棱镜位于所述的垂直轴移动平台上；
沿入射光方向依次是所述的光阑和第一分束器，第一分束器将入射光分为反射光和透射光：
所述的反射光经所述的平行平板射入所述的x方向剪切干涉单元的第二分束器，该第二分束器将入射光再分为再反射光和再透射光，在该再反射光方向是第一直角棱镜，在该再透射光方向是第二直角棱镜，由所述的第一直角棱镜和第二直角棱镜返回的光束经第二分束器合束，移动水平移动平台，两光束在水平方向有光束移动，光束移动导致的光波前有x方向剪切量s，两光波前就可以相干，x方向剪切干涉图由所述的第一图像传感器接收；所述的透射光经所述的反射镜反射后射入所述的y方向剪切干涉单元包括第三分束器，该第三分束器将入射光再分为再反射光和再透射光，该再透射光经第一梯形直角棱镜返回第三分束器，该再反射光经第二梯形直角棱镜返回第三分束器，由第三分束器进行合束，移动垂直轴平台，两光束在垂直方向有光束相对移动，光束移动导致光波前有y方向剪切量s’，两光波前就可以相干，y方向剪切干涉图由所述的第二图像传感器接收；
所述的第一图像传感器和第二图像传感器的输出端与所述的计算机的输入端相连。
计算机（6）利用x方向剪切干涉图、y方向剪切干涉图和光波前重建算法，参见在先技术[3]（Fried,David L."Optical heterodyne detection of an atmospherically distortedsignal wave front."Proceedings of the IEEE55.1:57-77(1967)），即可获得被测非轴对称波面的波前面形。
实验表面，本发明引入梯形直角棱镜进行垂直方向的光束剪切，同时得到x方向和y方向两方向上的剪切干涉图。具有在同一平面进行操作，结构简单，且剪切量大小可调的优点。
附图说明
图1是本发明测量非轴对称波面的横向剪切干涉仪的光路示意图。
图2是本发明中梯形直角棱镜的结构简图。
图3是本发明中移动移动平台调节剪切量的光路示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图1，图1为本发明测量非轴对称波面的横向剪切干涉仪的光路示意图。由图1可见，本发明测量非轴对称波面的横向剪切干涉仪，由分束单元1、x方向剪切干涉单元2、y方向剪切干涉单元3、第一图像传感器4、第二图像传感器5和计算机6构成，所述分束单元1包括光阑101、第一分束器102、平行平板3和反射镜4，所述的x方向剪切干涉单元2包括第二分束器201、第一直角棱镜202、第二直角棱镜203、水平移动平台204，所述的第一直角棱镜202位于所述的水平移动平台204上，所述的y方向剪切干涉单元3包括第三分束器301、第一梯形直角棱镜302、第二梯形直角棱镜303和垂直轴移动平台304，所述的第一梯形直角棱镜302和第二梯形直角棱镜303的结构相同，由两块直角棱镜胶合而成，在第二梯形直角棱镜303的顶面303a镀反射膜，所述的第一梯形直角棱镜302位于所述的垂直轴移动平台304上；
沿入射光方向依次是所述的光阑101和第一分束器102，第一分束器102将入射光分为反射光和透射光：
所述的反射光经所述的平行平板3射入所述的x方向剪切干涉单元2的第二分束器201，该第二分束器201将入射光再分为再反射光和再透射光，在该再反射光方向是第一直角棱镜202，在该再透射光方向是第二直角棱镜203，由所述的第一直角棱镜202和第二直角棱镜203返回的光束经第二分束器201合束，移动水平移动平台204获得两光波前在x方向的剪切量s，两光波前相干后得到的x方向剪切干涉图由所述的第一图像传感器4接收；所述的透射光经所述的反射镜4反射后射入所述的y方向剪切干涉单元3的第三分束器301，该第三分束器301将入射光分为再反射光和再透射光，该再透射光经第一梯形直角棱镜302返回第三分束器301，该再反射光经第二梯形直角棱镜303返回第三分束器301，两光束在第三分束器301合束，移动垂直轴平台304获得两光波前在y方向的剪切量s’，两光波前相干后得到的y方向剪切干涉图由所述的第二图像传感器5接收；
所述的第一图像传感器4和第二图像传感器5的输出端与所述的计算机6的输入端相连。
通过移动水平移动平台204可得到不同大小的x方向剪切量，其x方向剪切干涉图通过第一图像传感器4接收并传入到所述的计算机6，所述y方向剪切干涉单元3的第二梯形直角棱镜303结构请参阅图2，由两块直角棱镜胶合而成，在第二梯形直角棱镜303的梯形顶面303a镀反射膜。所述的第三分束器将光分成两路，分别通过第一梯形直角棱镜302和第二梯形直角棱镜303，通过移动垂直轴移动平台304可得到不同大小的y方向剪切量，其y方向剪切干涉图通过第一图像传感器5接收并传入到所述的计算机6。参阅图3，所述的移动平台移动d距离时，剪切量大小增加2d距离。计算机6利用x方向剪切干涉图、y方向剪切干涉图和光波前重建算法，即可获得被测非轴对称波面的波前面形。

Claims (1)

1.一种测量非轴对称波面的横向剪切干涉仪，其特征在于该干涉仪由分束单元（1）、x方向剪切干涉单元（2）、y方向剪切干涉单元（3）、第一图像传感器（4）、第二图像传感器（5）和计算机（6）构成，所述分束单元（1）包括光阑（101）、第一分束器（102）、平行平板（3）和反射镜（4），所述的x方向剪切干涉单元（2）包括第二分束器（201）、第一直角棱镜（202）、第二直角棱镜（203）、水平移动平台（204），所述的第一直角棱镜（202）位于所述的水平移动平台（204）上，所述的y方向剪切干涉单元（3）包括第三分束器（301）、第一梯形直角棱镜（302）、第二梯形直角棱镜（303）、垂直轴移动平台（304），所述的第一梯形直角棱镜（302）和第二梯形直角棱镜（303）、的结构相同，由两块直角棱镜胶合而成，在第二梯形直角棱镜（303）的顶面（303a）镀反射膜，所述的第一梯形直角棱镜（302）位于所述的垂直轴移动平台（304）上；
沿入射光方向依次是所述的光阑（101）和第一分束器（102），第一分束器（102）将入射光分为反射光和透射光：
所述的反射光经所述的平行平板（3）射入所述的x方向剪切干涉单元（2）的第二分束器（201），该第二分束器（201）将入射光再分为再反射光和再透射光，在该再反射光方向是第一直角棱镜（202），在该再透射光方向是第二直角棱镜（203），由所述的第一直角棱镜（202）和第二直角棱镜（203）返回的光束来自同一分束器（201），所以两光束的光波前相同，两光束再经第二分束器（201）合束，当两直角棱镜（202）和（203）的棱（202L）和（203L）都在分束器（201）相对平面的竖直中心线对应的法平面上时，两返回光束完全重合，此时不发生光波前的干涉，移动水平移动平台（204），则两返回光束将在水平x方向上错开一个距离s，当s小于光束直径时，在两光束的重叠区域，两束光波前将发生相干，干涉图是由同一光束分成的两束光通过在水平x方向上错开一个剪切量s得到的光波前的x方向剪切干涉图像，干涉图由所述的第一图像传感器（4）接收；所述的透射光经所述的反射镜（4）反射后射入所述的y方向剪切干涉单元（3）的第三分束器（301），该第三分束器（301）将入射光分为再反射光和再透射光，该再透射光经第一梯形直角棱镜（302）返回第三分束器（301），该再反射光经第二梯形直角棱镜（303）返回第三分束器（301），由所述的第一梯形直角棱镜（302）和第二梯形直角棱镜（303）返回的光束来自同一分束器（301），所以两光束的光波前相同，两光束再经第三分束器（301）合束，当两梯形直角棱镜（302）和（303）的棱（302L）和（303L）都在分束器（301）相对平面的水平中心线对应的法平面上时，两返回光束完全重合，此时不发生光波前的干涉，移动垂直移动平台（304），则两返回光束将在垂直y方向上错开一个距离s’，当s’小于光束直径时，在两光束的重叠区域，两束光波前将发生相干，干涉图是由同一光束分成的两束光通过在垂直y方向上错开一个剪切量s得到的光波前的y方向剪切干涉图像，干涉图由所述的第二图像传感器（5）接收；
所述的第一图像传感器（4）和第二图像传感器（5）的输出端与所述的计算机（6）的输入端相连。
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