CN114322748B - 偏振同步相移点衍射干涉仪及其检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种偏振同步相移点衍射干涉仪及其检测方法，干涉仪的组成包括：理想波前发生模块、待测光学系统、像面掩模、偏振相移模块、二维偏振成像光电探测器和数据处理单元。本发明采用单个光电探测器实现3个以上相移量干涉图的同步探测，具有抑制环境干扰、光路灵活、测量精度高、能够标定干涉仪系统误差等优点。

Description

偏振同步相移点衍射干涉仪及其检测方法
技术领域：
本发明涉及干涉测量领域，特别是一种偏振同步相移点衍射干涉仪及其检测方法。
背景技术：
波像差是描述小像差成像光学系统性能的重要参数。高品质的显微物镜和空间望远镜的波像差需要小于于λ/4PV或λ/14RMS(λ为工作波长，RMS为均方根值)。这对高质量的成像光学系统初装时不受环境影响的高精度波前检测技术提出了很高的要求。
在先技术(参见先技术一:唐锋、王向朝等，点衍射干涉波像差测量仪及检测方法，发明专利201310126148.5)提出了一种点衍射干涉波像差测量仪及检测方法，在待测光学系统物面产生两个标准球面波，两个标准球面波的光强、偏振态、光程差可调，能够产生高的干涉可见度，测量结果可消除系统误差。但是，由于该技术方案属于准共光路系统，并且利用传统PZT相移技术，使得系统采用相移算法时，对振动噪声、空气扰动等因素非常敏感，使得干涉仪的使用条件受到很大制约。
发明内容：
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种偏振同步相移点衍射干涉仪及其检测方法，他具有抑制环境干扰、光路灵活、测量精度高、能够标定干涉仪系统误差等优点。
本发明的技术解决方案如下：
一种偏振同步相移点衍射干涉仪，其特点在于，包括：理想波前发生模块、像面掩模、偏振相移模块、二维偏振成像光电探测器和与该维偏振成像光电探测器相连的数据处理单元；
所述的理想波前发生模块位于待测光学系统的物方视场内，用于产生两束偏振光，即左旋圆偏振光和右旋圆偏振光；
所述的像面掩模位于待测光学系统的像面，至少包括一个透光光窗和一个滤波圆孔，其中透光光窗用于透过理想波前发生模块所产生理想波前经待测成像系统形成带有成像系统波像差信息的测量光，滤波圆孔用于产生理想球面波；
所述的偏振相移模块，用于将输入光转化为不同偏振态的输出光，实现偏振相移后，由所述的二维偏振成像光电探测器采集存储测量数据。
所述的理想波前发生模块由光纤光路与四分之一波片构成，或者由光学元件组成的自由空间光路构成；
所述的偏振相移模块是微偏振阵列，每个单元中4个偏振片的偏振方向分别为0°、45°、90°、135°，偏振片的尺寸与二维偏振成像光电探测器的像素单元尺寸相同，各偏振片与二维偏振成像光电探测器像素单元呈一一对准关系；
所述的二维偏振成像光电探测器是CCD、CMOS、二维光电池阵列、具有光学面板的二维光电探测器阵列。
所述的偏振同步相移点衍射干涉仪检测光学系统波像差的方法，其特征在于该方法包括下列步骤：
使理想波前发生模块的输出端位于所述的待测光学系统的物方视场内需要测量的视场点位置；
使理想波前发生模块的第一输出光经过待测光学系统成像后的像点与所述的像面掩模的滤波圆孔的中心对准，第二输出光经过待测光学系统成像后的像点位于像面掩模的透光窗口内部；
使理想波前发生模块的第一输出端输出光和第二输出端输出光偏振方向相互垂直；调节理想波前发生单元的第一输出端输出光和第二输出端输出光的光强大小，使所述的二维偏振成像探测器采集到的干涉图的强度达到光电传感器饱和光强的0.6-0.9，干涉可见度不低于0.6；
所述的二维偏振成像探测器采集干涉图输入所述的数据处理单元，所述的数据处理单元通过对采集的干涉图样进行抽样和组合，将图样中具有相同相移量的像素单元提取出来，形成具有固定附加相位差π/2的四步相移干涉图像，再通过相位提取算法求解相位，进行相位解包裹，得到的相位分布即为检测系统误差标定结果Ws；
使理想波前发生单元的两个输出像点都位于像面掩模的透光窗口内；
所述的二维偏振成像探测器采集干涉图输入所述的数据处理单元，所述的数据处理单元通过对采集的干涉图样进行抽样和组合，将图样中具有相同相移量的像素单元提取出来，形成具有固定附加相位差π/2的四步相移干涉图像，再通过相位提取算法求解相位，进行相位解包裹，得到的相位分布即直接测量结果Wt；
所述的数据处理单元通过公式Wr＝Wt-Ws计算待测光学系统在理想波前发生单元的输出端所在视场点的光学系统波像差Wr。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明既具有传统点衍射干涉仪的高精度测量优点，同时采用动态偏振相移技术，弥补了传统点衍射干涉仪对环境依赖性的缺陷，可应用于环境复杂的工厂、车间进行成像系统高精度检测及装调。
附图说明
图1是本发明偏振同步相移点衍射干涉仪的结构示意图；
图2是本发明偏振同步相移点衍射干涉仪的一个实施例的结构示意图；
图3是本发明理想波前发生单元的第一个实施例的结构示意图；
图4是本发明理想波前发生单元的第二个实施例的结构示意图；
图5是本发明理想波前发生单元实施例中物面掩模的结构示意图；
图6是本发明像面掩模实施例的结构示意图；
图7是本发明偏振相移模块的一个实施例的结构示意图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
图1为本发明偏振同步相移点衍射干涉仪的结构示意图，如图所示，偏振同步相移点衍射干涉仪，包括理想波前发生模块5、沿理想波前发生模块5输出光方向依次是待测光学系统7、像面掩模8、偏振相移模块10和二维偏振成像光电探测器11，该二维偏振成像光电探测器11与数据处理单元12相连。
图2为本发明偏振同步相移点衍射干涉仪的一个实施例的结构示意图，包括：光源1、分光器2、第一光强与偏振态调节器3、第二光强与偏振态调节器4、理想波前发生单元5、待测光学系统7、像面掩模8、精密调节台9、微偏振片阵列10、二维偏振成像光电探测器11和数据处理单元12；上述各部分的位置关系如下：
在光源1输出光前进方向上是分光器2，分光器将入射光分为第一光路2A和第二光路2B，第一光路2A连接第一光强与偏振态调节器3，第二光路2B连接第二光强与偏振态调节器4，之后两路光分别连接理想波前发生单元5的输入端，理想波前发生单元5的输出端位于待测光学系统7的物方视场点，经过待测光学系统7成像至待测光学系统7的像面，安装在精密调节台9上的像面掩模8位于待测光学系统7的像面。两路光经过像面掩模8之后通过偏振相移模块10，由二维偏振成像光电探测器11接收，二维偏振成像光电探测器的输出信号输入数据处理单元12进行处理；数据处理单元12分别与第一光强与偏振态调节器3、第二光强与偏振态调节器4、精密调节台9通过电缆连接，对它们进行控制。
所述的光源1是保偏光纤输出的激光器，波长λ＝532nm；
所述的分光器2是光纤分束器；
所述的第一光强与偏振态调节器3和第二光强与偏振态调节器4是调节通过光的光功率和偏振态的器件；
所述的理想波前发生单元5是将从其输入端5A与5B输入的光转换成输出端5C与5D的在输出数值孔径范围是标准球面波的器件；理想波前发生单元5的输出数值孔径的最小值为待测光学系统7的物方数值孔径；所述的待测光学系统7的物方数值孔径为0.06。
图3是本发明理想波前发生单元5的第一实施例的结构示意图；如图3所示，理想波前发生单元5由第一光纤501和第二光纤502、四分之一波片510构成；第一光纤的输入端是理想波前发生单元5的第一输入端5A，输出端是理想波前发生单元5的第一输出端5C；第二光纤的输入端是理想波前发生单元5的第二输入端5B，输出端是理想波前发生单元5的第一输出端5D；第一光纤501和第二光纤502是单模光纤，第一光纤501和第二光纤502也可以是保偏光纤；第一光纤501和第二光纤502的输出端芯径直径Φf小于所述的输出直径孔径对应的衍射极限分辨率，满足Φf<λ/(2NAo)，其中，λ为光源波长，NAo为被测光学系统7的物方数值孔径。由于第一光纤501和第二光纤502是单模光纤或保偏光纤，在光纤中只有一个模式传输，并且他们输出端纤芯直径Φf小于所述被测光学系统7的物方衍射极限分辨率，因此他们的输出光场在被测光学系统7的物方数值孔径NAo内是标准球面波，从第一输入端5A和第二输入端5B输入的光被转换成标准球面波分别从第一输出端5C和第二输出端5D输出，且第一输出光5C与第二输出光5D的光偏振态互相垂直，再经过四分之一波片510后，形成左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。第一光纤501和第二光纤502的输出端纤芯间的中心距离大于被测光学系统7像点弥散斑的直径除以被测光学系统7的放大倍数，例如被测光学系统7像点弥散斑的直径为3um，放大倍数为1/5，则第一光纤501和第二光纤502的输出端纤芯间的中心距大于15um。
图4是本发明理想波前发生单元5的第二实施例的结构示意图；理想波前发生单元5也可以由第三光纤503、第四光纤504、四分之一波片510、成像镜组505、物面掩膜506组成，图5是物面掩模506的结构示意图；第三光纤503的输入端是理想波前发生单元5的第一输入端5A，输出端位于成像镜组505的物面；第四光纤504的输入端是理想波前发生单元5的第二输入端5B，输出端位于成像镜组505的物面，物面掩模506位于成像镜组505的像面；物面掩模506上由第一圆孔506a和第二圆孔506b；第一圆孔506a是理想波前发生单元5的第一输出端5C，第二圆孔506b是理想波前发声单元5的第二输出端5D；第三光纤503的输出端经成像镜组505成像在第二圆孔506b上，第四光纤504的输出端经成像镜组505成像在第一圆孔506a上；第三光纤503和第四光纤504是单模光纤或保偏光纤；第一圆孔506a和第二圆孔506b的直径Φh小于所述被测光学系统7的物方衍射极限分辨率，满足Φh<λ/(2NAo)，其中，λ为光源波长，NAo为被测光学系统7的物方数值孔径。物面掩模506上第一圆孔506a和第二圆孔506b对光场有滤波作用，由于它们的直径Φh小于所述被测光学系统7的物方衍射极限分辨率，他们的输出光场在被测光学系统7的物方数值空NAo内是标准球面波。从第一输入端5A和第二输入端5B输入的光为光偏振态相互垂直的线偏振光，再经四分之一波片510后产生左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。物面掩模506上第一圆孔506a和第二圆孔506b之间的中心距离大于被测光学系统7像点弥散斑的直径除以被测光学系统的放大倍数，例如被测光学系统7像点弥散斑的直径为2um，放大倍数为1/5，则第一圆孔606a和第二圆孔606b之间的中心距离大于10um。
图6是本发明像面掩模的两个实施例结构示意图，图6(a)中像面掩模8包括一个透光窗口801a，第一滤波圆孔802a，第二滤波圆孔802b，第一滤波圆孔和第二滤波圆孔是直径Φi<λ/(2NAi)，其中，λ为光源波长，NAi为被测光学系统7的像方数值孔径；透光窗口801a是能够无遮挡的同时透过所述的理想波前发生单元5的第一输出端5C和第二输出端5D经被测光学系统7成像后的像点弥散斑的四边形透光区域。透光光窗801a、第一滤波圆孔802a和第二滤波圆孔802b是透光区域，其他区域均为不透光区。第一滤波圆孔802a和第二滤波圆孔802b分别位于透光窗口801a左右两侧。第一滤波圆孔802a和第二滤波圆孔802b与相邻最近801a光窗边沿之间的最短距离均略大于被测光学系统7的像点弥散斑半径。像面掩模采用图6(a)结构时，可以在一次测量中检测被测光学系统的两个视场点位置。
图6(b)中像面掩模8包括一个透光窗口801a，一个滤波圆孔802a。与图6(a)不同的是，只有一个滤波圆孔802a，滤波圆孔可以位于透光窗口的左侧或右侧；其他特征与图6(a)相同；像面掩模采用图6(b)结构时，一次测量只能检测被测光学系统一个视场点位置。
所述的遮光层可以是铬、铝等金属层，或Mo/Si多层膜等对透光光线由明显衰减的膜层。
图7是本发明偏振相移模块10的实施例结构示意图，所述的偏振相移模块10是微偏振阵列，微偏振片阵列中每相邻4个偏振片组成一个相移单元，每个单元中4个偏振片的偏振方向分别为0°、45°、90°、135°，偏振片的尺寸与二维偏振成像光电探测器(11)的像素单元尺寸相同，各偏振片与二维偏振成像光电探测器(11)像素单元呈一一对准关系。
当一次测量只测量一个视场点时，利用图2所述的偏振同步相移点衍射干涉仪测量待测光学系统波像差的方法，包括下列步骤：
1)使理想波前发生单元5的输出端5C、5D位于所述的待测光学系统7的物方视场内需要测量的视场点位置；
2)利用数据处理单元12移动所述的精密调节台9，使理想波前发生单元5的第一输出光5C经过待测光学系统7成像后的像点与所述的像方像面掩模8的滤波圆孔802a的中心对准，第二输出光5D经过待测光学系统7成像后的像点位于像方像面掩模8的透光窗口801a内部；
3)利用数据处理单元12调节第一光强与偏振态调节器3和第二光强与偏振态调节器4，使理想波前发生单元5的第一输出端输出光5C和第二输出端输出光5D偏振方向相互垂直，干涉可见度达到0.6以上；得到一副干涉图，数据处理单元通过对采集的干涉图样进行抽样和组合，将图样中具有相同相移量的像素单元提取出来，形成具有固定附加相位差π/2的四步相移干涉图像，干涉图的光强分布分别表示为Is1，Is2，Is3，Is4；按照式(1)所示的相移干涉相位提取算法计算包裹相位分布WRs，WRs相位解包裹后得到相位分布Ws；
4)利用数据处理单元12移动所述的精密调节台9，使理想波前发生单元5的两个输出像点5C和5D都位于像面掩模8的透光窗口801a内；
5)利用数据处理单元12调节第一光强与偏振态调节器3和第二光强与偏振态调节器4，使理想波前发生单元5的第一输出端输出光5C和第二输出端输出光5D偏振方向相互垂直，干涉可见度达到0.6以上；得到一副干涉图，数据处理单元通过对采集的干涉图样进行抽样和组合，将图样中具有相同相移量的像素单元提取出来，形成具有固定附加相位差π/2的四步相移干涉图像，干涉图的光强分布分别表示为It1，It2，It3，It4；按照式(2)所示的相移干涉相位提取算法计算包裹相位分布WRt，WRt相位解包裹后得到相位分布Wt；
6)利用公式Wr＝Ws-Wt计算被测光学系统7当前视场点的波像差Wr。
所述的相移干涉相位提取算法用反正切函数的形式表示，得到的相位分布被截断成为多个2π范围内变化的区域，成为包裹相位；为最终得到连续的相位信息，将多个截断相位的区域拼接展开成连续相位，这个过程称为相位解包裹。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种偏振同步相移点衍射干涉仪，其特征在于，包括：理想波前发生模块(5)沿理想波前发生模块(5)输出光方向依次是待测光学系统(7)、像面掩模(8)、偏振相移模块(10)和二维偏振成像光电探测器(11)，该二维偏振成像光电探测器(11)与数据处理单元(12)相连；
所述的理想波前发生模块(5)位于待测光学系统(7)的物方视场内，用于产生两束偏振光，即左旋圆偏振光和右旋圆偏振光；
所述理想波前发生模块(5)的第一输出光经过待测光学系统(7)成像后的像点与所述的像面掩模(8)的滤波圆孔(802a)的中心对准，第二输出光经过待测光学系统(7)成像后的像点位于像面掩模(8)的透光窗口(801a)内部；
所述的像面掩模(8)位于待测光学系统(7)的像面，至少包括一个透光窗口和一个滤波圆孔，其中透光窗口用于透过理想波前发生模块(5)所产生理想波前经待测光学系统(7)形成带有成像系统波像差信息的测量光，滤波圆孔用于产生理想球面波；
所述的偏振相移模块(10)，用于将输入光转化为不同偏振态的输出光，实现偏振相移后，由所述的二维偏振成像光电探测器(11)采集存储测量数据；
所述的偏振相移模块(10)由多个微偏振阵列单元构成，每个单元中四个偏振片的偏振方向分别为0°、45°、90°、135°，偏振片的尺寸与二维偏振成像光电探测器(11)的像素单元尺寸相同，各偏振片与二维偏振成像光电探测器(11)像素单元呈一一对准关系。
2.根据权利要求1所述的偏振同步相移点衍射干涉仪，其特征在于，所述的像面掩模(8)包括滤波圆孔(802a)和透光窗口(801a)，所述的滤波圆孔(802a)是直径Φi小于待测光学系统(7)的像方衍射极限分辨率的透光小孔，满足Φi<λ/(2NAi)，其中，λ为光源波长，NAi为待测光学系统(7)的像方数值孔径；所述的透光窗口(801a)是能够无遮挡的透过所述的理想波前发生模块(5)的输出端经待测光学系统(7)成像后的像点弥散斑的四边形透光区域。
3.根据权利要求1所述的偏振同步相移点衍射干涉仪，其特征在于，所述的像面掩模(8)包括透光窗口(801a)，以及分别位于该透光窗口(801a)两侧的第一滤波圆孔和第二滤波圆孔；所述的第一滤波圆孔和第二滤波圆孔是直径Φi<λ/(2NAi)，其中，λ为光源波长，NAi为待测光学系统(7)的像方数值孔径；透光窗口(801a)是能够无遮挡的同时透过所述的理想波前发生模块(5)的第一输出端和第二输出端经待测光学系统7成像后的像点弥散斑的四边形透光区域；透光窗口(801a)、第一滤波圆孔和第二滤波圆孔是透光区域，其他区域均为不透光区。
4.根据权利要求1所述的偏振同步相移点衍射干涉仪，其特征在于，所述的理想波前发生模块(5)由第一光纤(501)和第二光纤(502)、四分之一波片(510)构成；第一光纤(501)和第二光纤(502)是单模光纤或保偏光纤；第一光纤(501)和第二光纤(502)的输出端各纤芯直径Φf小于所述的待测光学系统(7)输出数值孔径对应的衍射极限分辨率，满足Φf<λ/(2NAo)，其中，λ为光源波长，NAo为被待测光学系统(7)的物方数值孔径；第一光纤(501)和第二光纤(502)的输出端纤芯间的中心距离大于待测光学系统(7)像点弥散斑的直径除以待测光学系统(7)的放大倍数。
5.根据权利要求1所述的偏振同步相移点衍射干涉仪，其特征在于，所述的理想波前发生模块(5)包括第三光纤(503)、第四光纤(504)、四分之一波片(510)、成像镜组(505)、物面掩模(506)，第三光纤(503)和第四光纤(504)的输出端均位于成像镜组(505)的物面，物面掩模(506)位于成像镜组(505)的像面；物面掩模(506)上设有第一圆孔(506a)和第二圆孔(506b)；第三光纤(503)的输出端经成像镜组(505)成像在第二圆孔(506b)上，第四光纤(504)的输出端经成像镜组(505)成像在第一圆孔(506a)上；第三光纤(503)和第四光纤(504)是单模光纤或保偏光纤；第一圆孔(506a)和第二圆孔(506b)的直径Φh小于所述待测光学系统(7)的物方衍射极限分辨率，满足Φh<λ/(2NAo)，其中，λ为光源波长，NAo为待测光学系统(7)的物方数值孔径；物面掩模(506)上第一圆孔(506a)和第二圆孔(506b)之间的中心距离大于待测光学系统(7)像点弥散斑的直径除以被测光学系统的放大倍数。
6.根据权利要求1所述的偏振同步相移点衍射干涉仪，其特征在于所述的二维偏振成像光电探测器(11)是CCD、CMOS、二维光电池阵列、具有光学面板的二维光电探测器阵列。
7.利用权利要求1-6任一所述的偏振同步相移点衍射干涉仪检测光学系统波像差的方法，其特征在于该方法包括下列步骤：
1)使理想波前发生模块(5)的输出端位于所述的待测光学系统(7)的物方视场内需要测量的视场点位置；
2)使理想波前发生模块(5)的第一输出光经过待测光学系统(7)成像后的像点与所述的像面掩模(8)的滤波圆孔(802a)的中心对准，第二输出光经过待测光学系统(7)成像后的像点位于像面掩模(8)的透光窗口(801a)内部；
3)使理想波前发生模块(5)的第一输出端输出光和第二输出端输出光偏振方向相互垂直；调节理想波前发生模块(5)的第一输出端输出光和第二输出端输出光的光强大小，使所述的二维偏振成像光电探测器(11)采集到的干涉图的强度达到光电传感器饱和光强的0.6-0.9，干涉可见度不低于0.6；
4)所述的二维偏振成像光电探测器(11)采集干涉图输入所述的数据处理单元(12)，所述的数据处理单元(12)通过对采集的干涉图样进行抽样和组合，将图样中具有相同相移量的像素单元提取出来，形成具有固定附加相位差π/2的四步相移干涉图像，再通过相位提取算法求解相位，进行相位解包裹，得到的相位分布即为检测系统误差标定结果Ws；
5)使理想波前发生模块(5)的两个输出像点都位于像面掩模(8)的透光窗口(801a)内；
6)所述的二维偏振成像光电探测器(11)采集干涉图输入所述的数据处理单元(12)，所述的数据处理单元(12)通过对采集的干涉图样进行抽样和组合，将图样中具有相同相移量的像素单元提取出来，形成具有固定附加相位差π/2的四步相移干涉图像，再通过相位提取算法求解相位，进行相位解包裹，得到的相位分布即直接测量结果Wt；
7)所述的数据处理单元通过公式Wr＝Wt-Ws计算待测光学系统在理想波前发生模块的输出端所在视场点的光学系统波像差Wr。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020064108A1 (en) * 2018-09-27 2020-04-02 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Method of and apparatus for forming and shifting a light intensity distribution in a focal area of an objective lens

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101183042A (zh) * 2007-12-13 2008-05-21 上海微电子装备有限公司 点衍射干涉仪
CN104457559A (zh) * 2014-11-20 2015-03-25 哈尔滨工程大学 一种基于反射光栅的同步相移点衍射干涉检测方法
CN105300272A (zh) * 2015-10-27 2016-02-03 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于微偏振片阵列的动态点衍射干涉仪
CN105466668A (zh) * 2015-12-24 2016-04-06 中国科学院上海光学精密机械研究所 点衍射干涉波像差测量仪及光学系统波像差的检测方法
CN107024338A (zh) * 2016-02-01 2017-08-08 南京理工大学 使用棱镜分光的共光路点衍射同步移相干涉测试装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004061515A (ja) * 2002-07-29 2004-02-26 Cark Zeiss Smt Ag 光学系による偏光状態への影響を決定する方法及び装置と、分析装置
EP1818658A1 (en) * 2006-02-08 2007-08-15 Carl Zeiss SMT AG Method for approximating the influence of an optical system on the state of polarisation of optical radiation
CN103267629B (zh) 2013-06-25 2015-04-15 中国科学院上海光学精密机械研究所 点衍射干涉波像差测量仪及检测方法
CN105424325B (zh) * 2015-12-24 2018-03-20 中国科学院上海光学精密机械研究所 点衍射干涉波像差测量仪及光学系统波像差的检测方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101183042A (zh) * 2007-12-13 2008-05-21 上海微电子装备有限公司 点衍射干涉仪
CN104457559A (zh) * 2014-11-20 2015-03-25 哈尔滨工程大学 一种基于反射光栅的同步相移点衍射干涉检测方法
CN105300272A (zh) * 2015-10-27 2016-02-03 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于微偏振片阵列的动态点衍射干涉仪
CN105466668A (zh) * 2015-12-24 2016-04-06 中国科学院上海光学精密机械研究所 点衍射干涉波像差测量仪及光学系统波像差的检测方法
CN107024338A (zh) * 2016-02-01 2017-08-08 南京理工大学 使用棱镜分光的共光路点衍射同步移相干涉测试装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Dual-fiber point diffraction interferometer to measure the wavefront aberration of an imaging system;Peng Feng et al;《Applied Optics》;全文 *

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