CN114322848A - 一种球面波前曲率半径测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种球面波前曲率半径测量装置，包括初始波前调节模块、球面波生成模块、径向剪切干涉模块；球面波生成模块包含有透射式球面波生成模块和反射式球面波生成模块；从激光器输出耦合光束，耦合光束用作于产生两种不同类型球面波的初始输入波前，初始波前经初始波前调节模块调节后分别进入透射式球面波生成模块和反射式球面波生成模块；初始输入波前经过透射式和反射式球面波生成模块后发生对应的形变，再传播至径向剪切干涉模块后，由偏振相机接收最终输出波前，根据获得的原始球面波前分布实现曲率半径测量。本发明还公开了球面波前曲率半径的测量方法，实现大曲率球面波前的恢复，不受振动操作影响、高效数据动态采集的优点。

Description

一种球面波前曲率半径测量装置及测量方法

技术领域

本发明属于精密仪器光学传感测量领域，尤其涉及一种球面波前曲率半径测量装置及测量方法。

背景技术

球面波前的测量在光学表面轮廓检测、激光光束质量诊断等其他工业领域都是一项至关重要的技术指标。除了具有横向分辨率限制的夏克-哈特曼波前传感器和金字塔技术之外，还有几种干涉测量技术可以用来实现球面波前的测量。例如，点衍射干涉法(PDI)可以获得基于针孔产生的参考波的球面，并与待测波前进行干涉。虽然它能够精确测量波前，但是在PDI中参考波和测量波是分开的，并且测量结果对振动等环境因素十分敏感。光学剪切干涉仪为可以减少振动噪声等环境因素。横向剪切干涉仪(LSI)可以通过采集两张剪切干涉图来获得球面波阵面，并整合波阵面的斜率进行波阵面重建。然而，LSI在获得两个剪切干涉图的时效性方面存在局限性。进一步提出的径向剪切干涉仪(RSI)可通过单幅径向剪切干涉图重建波前。特别是循环径向剪切干涉仪(CRSI)具有紧凑的光学配置、抗振动和系统稳定性高的优点。CRSI通常采用双透镜组成望远镜系统，两个大小不同的平面波在成像平面上相互重叠，得到径向剪切干涉图。然而目前利用CRSI进行球面波前测试的问题尚未得到充分讨论，因为它最初是为测量平面波前及其微小扰动而设计的。为了实现球面波前的实时测量，我们提出了一种改进的CRSI装置，在循环配置内部使用单个透镜，最大限度地发挥其性能优势和潜力，并使其成为检测多功能球面波前的成熟处理方法。

发明内容

本发明的内容是为了解决这一问题，基于径向剪切干涉结构，利用偏振元件以及接收器产生干涉条纹并实现实时成像，测量结果与理论波阵面的均方根误差小于0.71λ。通过剪切系统中单透镜获得的两束光波在重叠区域发生干涉，同时通过偏振相机在阵列面上成像获取条纹图样，调节其他偏振元件和单透镜位置来提高干涉条纹对比度，利用相位恢复和波前重构算法实现原始波前的三维分布测量，该方法通过夏克-哈特曼波前传感器直接测量球面波前进行性能验证与比较。

为实现本发明的发明目的，本发明提供的技术方案是：

一种球面波前曲率半径测量装置，包括初始波前调节模块7、球面波生成模块8、径向剪切干涉模块25；所述的球面波生成模块8包含有透射式球面波生成模块15和反射式球面波生成模块18；从激光器输出耦合光束，耦合光束用作于产生两种不同类型球面波的初始输入波前，初始波前经初始波前调节模块7调节后分别可进入透射式球面波生成模块15和反射式球面波生成模块18；初始输入波前分别经过透射式15和反射式球面波生成模块18后分别发生对应的形变，再传播至径向剪切干涉模块25后，由偏振相机26接收最终输出波前，根据获得的原始球面波前分布实现曲率半径测量。

所述的初始波前调节模块7包括依次设置的零级半波片1、偏振分束器2、非线性晶体3、带通滤波片4、消色差扩束器5以及拨杆式孔径光阑6，其中，零级半波片1和偏振分束器2组合，通过调节半波片1的旋转偏振方向，进行光斑亮度调节；通过硼酸钡非线性晶体3对输出的掺镱激光倍频最大限度减少反射，获得绿色可见光；带通滤波片4阻挡其它不需要的光；经过消色差扩束器5再次准直并扩大，同时降低光束走离效应；拨动拨杆式孔径光阑6来控制光斑尺寸大小，形成光强均匀分布的光斑。

所述的球面波生成模块8中的透射式中球面波生成模块15中，经过初始波前调节模块7调整后的平面波前，传播至平凸透镜9后发生形变，被非偏振分光棱镜10分为两束，其中一束光经过高消光比线性偏振器11调制获得线偏振信号，再经过第一消色差透镜12和第二消色差透镜13组成的望远镜系统，使平凸透镜9的后表面与波前传感器14的阵列面处于共轭面，随之形变的波前将映射到传感器14的阵列面上，波前传感器14的测量结果将作为比较值进行该方法系统性能评价；被非偏振分光棱镜10分开的另一束光进入径向剪切干涉模块25；

所述的球面波生成模块8中的反射式球面波前生成模块18中，经过初始波前调节模块7调整后的平面波前被非偏振分光棱镜10分为两束，其中一束透射光传播至凹面镜17表面，凹面镜17表面与偏振相机26的阵列平面保持共轭；另一束反射光被光挡16拦截；经平凸透镜9和凹面镜17反射后的形变波前分别进入径向剪切干涉模块25中。

所述的反射式球面波前生成模块18中，更换不同焦距的凹面镜17可实现不同曲率半径下的球面波前。

形变波前随后进入径向剪切干涉模块25中，经起偏器19调制，由偏振分束器20分裂成两束振动方向互相垂直的s波和p波，其中s波从偏振分束器20出发，依次经过平面反射镜21、消色差透镜22、平面反射镜23；与之相反的p波依次经过平面反射镜23、消色差透镜22、平面反射镜21，两束光波再次在偏振分束器20处汇合，分别再经过四分之一波片24后，此时两束光均被调制为圆偏振态光，在其重叠区域将产生圆形干涉条纹。

本发明还提供了一种球面波前曲率半径测量方法，包括步骤如下：

步骤一)，搭建如权利要求1-5中任一权利要求所述的球面波前曲率半径测量装置，实现两束正交偏振光以公共路径但方向相反的方式传播；其中，在透射式球面波生成模块15中，平凸透镜9的后表面与偏振相机26阵列面处于共轭面，在反射式球面波生成模块18中，凹面镜17的前表面与偏振相机26阵列面处于共轭面，即恢复的波前形貌均可以反映透射式和反射式的波前形貌分布；滑动消色差扩束器5的红色环，实现在偏振相机26平面上控制圆形干涉条纹的圆心偏移量，通过将偏移量调节至最小获得傍轴准直光路，减小光束传播造成的误差。

步骤二)，由偏振相机26实现干涉图像的实时获取与测量；偏振相机26的图像传感器由四个线性偏振器为一组组成阵列，其对应偏振方向为0°，45°，90°和135°；基于偏振器阵列结构，两束圆偏振光束重叠可以产生连续的相移为π/2的干涉条纹，其光强可表示为：I(x，y)＝A(x，y)+V(x，y)cos[ΔW_r(x，y)]，其中A(x，y)是背景光强，V(x，y)是条纹对比度，ΔW_r(x，y)是待求的相位差分布；基于偏振相机26的像素阵列属性，其四个偏振角度的干涉条纹光强分布则可表示为：I₀＝A+Vsin(ΔW_r)，I₄₅＝A+Vcos(ΔW_r)，I₉₀＝A-Vsin(ΔW_r)以及I₁₃₅＝A-Vcos(ΔW_r)；根据上述连续相移π/2的四个公式可以推导出相位差ΔW_r，即ΔW_r(x，y)＝tan^-1(I₀-I₉₀/I₄₅-I₁₃₅)；再利用解包裹算法解除其相位在0-2π内的限制，获取连续的相位差分布；

步骤三)，利用步骤二得出的相位差分布进行波前重构运算，采用基于泽尼克多项式拟合运算，步骤如下：首先用干涉区域内的正交泽尼克多项式对相位差信息进行模式拟合，用矩阵Z表示正交泽尼克多项式，获得各阶模式系数，各阶模式系数用矩阵α表示；其次假定各阶多项式为待测波前，计算经过特定剪切比的干涉仪后形成的相位差多项式，并推导二者之间的关系矩阵；再次根据关系矩阵和径向剪切相位差模式分解系数α，通过矩阵运算反演出待测畸变光束的各阶泽尼克模式系数；最后将这些模式系数代入对应阶数的泽尼克多项式中，即可复原出原始待测波前；

步骤四)，根据消色差透镜22的焦距以及与其他光学元件之间的距离，相机平面将获得发散或汇聚的形变光束；根据消色差透镜22安装的位置，最终输出光束的光斑直径之比定义为系统剪切比，进行正交相位校正补偿，具体步骤为：在透射式球面波生成模块15中，移除平凸透镜9，获取输入波前为平面波的干涉图像，依次计算相位差分布和平面波前分布W₀；安装平凸透镜9再重复上述操作，获得形变波前分布W_d，该波前矩阵中包含了消色差透镜22对波前的畸变影响，即将面波前分布W₀减去，则获得经过平凸透镜9之后的所需波前分布；在反射式球面波生成模块18中，首先在凹面镜17的位置使用平面镜获得平面波前分布W₀，再安装凹面镜17获得形变波前分布W_d，二者相减得到经凹面镜17反射的波前分布，即凹面镜17表面形貌分布；然后根据基于最小二乘法的球面拟合运算，最终求取球面波前的曲率半径数值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、克服了常规径向剪切干涉结构中球面波前无法测量的不足，通过单透镜位置的调节可以灵活操控系统的剪切比，实现大曲率球面波前的恢复。

2、弥补了传统结构中对准操作困难、空间分辨率损失、光学像差减小的缺陷，同时仍保持了不受振动操作影响、高效数据动态采集的优点。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为优化波前重构算法原理图；

图3为实验结果图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1为本发明的总体结构示意图；如图1所示，本发明的一种球面波前曲率半径测量装置，包括初始波前调节模块7、球面波生成模块8、径向剪切干涉模块25；所述的球面波生成模块8包含有透射式球面波生成模块15和反射式球面波生成模块18；从激光器输出耦合光束，耦合光束用作于产生两种不同类型球面波的初始输入波前，初始波前经初始波前调节模块7调节后分别可进入透射式球面波生成模块15和反射式球面波生成模块18；初始输入波前分别经过透射式15和反射式球面波生成模块18后分别发生对应的形变，再传播至径向剪切干涉模块25后，由偏振相机26接收最终输出波前，根据获得的原始球面波前分布实现曲率半径测量。

其中，初始波前调节模块7包括依次设置的零级半波片1、偏振分束器2、非线性晶体3、带通滤波片4、消色差扩束器5以及拨杆式孔径光阑6，其中，零级半波片1和偏振分束器2组合，通过调节半波片1的旋转偏振方向，进行光斑亮度调节；通过硼酸钡非线性晶体3对输出的掺镱激光倍频最大限度减少反射，获得绿色可见光；带通滤波片4阻挡其它不需要的光；经过消色差扩束器5再次准直并扩大，同时降低光束走离效应；拨动拨杆式孔径光阑6来控制光斑尺寸大小，形成光强均匀分布的光斑。

球面波生成模块8中的透射式中球面波生成模块15中，经过初始波前调节模块7调整后的平面波前，传播至平凸透镜9后发生形变，被非偏振分光棱镜10分为两束，其中一束光经过高消光比线性偏振器11调制获得线偏振信号，再经过第一消色差透镜12和第二消色差透镜13组成的望远镜系统，使平凸透镜9的后表面与波前传感器14的阵列面处于共轭面，随之形变的波前将映射到传感器14的阵列面上，波前传感器14的测量结果将作为比较值进行该方法系统性能评价；被非偏振分光棱镜10分开的另一束光进入径向剪切干涉模块25；

球面波生成模块8中的反射式球面波前生成模块18中，经过初始波前调节模块7调整后的平面波前被非偏振分光棱镜10分为两束，其中一束透射光传播至凹面镜17表面，凹面镜17表面与偏振相机26的阵列平面保持共轭；另一束反射光被光挡16拦截；经平凸透镜9和凹面镜17反射后的形变波前分别进入径向剪切干涉模块25中。

反射式球面波前生成模块18中，更换不同焦距的凹面镜17可实现不同曲率半径下的球面波前。

形变波前随后进入径向剪切干涉模块25中，经起偏器19调制，由偏振分束器20分裂成两束振动方向互相垂直的s波和p波，其中s波从偏振分束器20出发，依次经过平面反射镜21、消色差透镜22、平面反射镜23；与之相反的p波依次经过平面反射镜23、消色差透镜22、平面反射镜21，两束光波再次在偏振分束器20处汇合，分别再经过四分之一波片24后，此时两束光均被调制为圆偏振态光，在其重叠区域将产生圆形干涉条纹。

本发明的一种球面波前曲率半径测量方法，包括步骤如下：

步骤一)，搭建前述的球面波前曲率半径测量装置，实现两束正交偏振光以公共路径但方向相反的方式传播；其中，在透射式球面波生成模块15中，平凸透镜9的后表面与偏振相机26阵列面处于共轭面，在反射式球面波生成模块18中，凹面镜17的前表面与偏振相机26阵列面处于共轭面，即恢复的波前形貌均可以反映透射式和反射式的波前形貌分布。此外，滑动消色差扩束器5的红色环可以在偏振相机26平面上控制圆形干涉条纹的圆心偏移量，通过将偏移量调节至最小即同心圆干涉条纹获得傍轴准直光路，减小光束传播造成的误差。

步骤二)，由偏振相机26实现干涉图像的实时获取与测量；偏振相机26的图像传感器由四个线性偏振器为一组组成阵列，其对应偏振方向为0°，45°，90°和135°。基于偏振器阵列结构，两束圆偏振光束重叠可以产生连续的相移为π/2的干涉条纹，其光强可表示为：I(x，y)＝A(x，y)+V(x，y)cos[ΔW_r(x，y)]，其中A(x，y)是背景光强，V(x，y)是条纹对比度，ΔW_r(x，y)是待求的相位差分布。因此，基于偏振相机26的像素阵列属性，其四个偏振角度的干涉条纹光强分布则可表示为：I₀＝A+Vsin(ΔW_r)，I₄₅＝A+Vcos(ΔW_r)，I₉₀＝A-Vsin(ΔW_r)以及I₁₃₅＝A-Vcos(ΔW_r)。根据上述连续相移π/2的四个公式可以推导出相位差ΔW_r，即ΔW_r(x，y)＝tan^-1(I₀-I₉₀/I₄₅-I₁₃₅)。再利用解包裹算法解除其相位在0-2π内的限制，获取连续的相位差分布。

步骤三)，利用步骤二)得出的相位差分布进行波前重构运算，采用基于泽尼克多项式拟合运算，步骤如下：首先用干涉区域内的正交泽尼克多项式对相位差信息进行模式拟合，用矩阵Z表示正交泽尼克多项式，获得各阶模式系数，各阶模式系数用矩阵α表示；其次假定各阶多项式为待测波前，计算经过特定剪切比的干涉仪后形成的相位差多项式，并推导二者之间的关系矩阵；再次根据关系矩阵和径向剪切相位差模式分解系数α，通过矩阵运算反演出待测畸变光束的各阶泽尼克模式系数；最后将这些模式系数代入对应阶数的泽尼克多项式中，即可复原出原始待测波前。

步骤四)，在该光路系统中，最终映射到相机平面的不再是平面波前，根据消色差透镜22的焦距以及与其他光学元件之间的距离，相机平面将获得发散或汇聚的形变光束。图2展示了映射在相机平面上的三种可能的光斑大小分布，其中黑色圆圈表示原始输入光斑大小，直径为d₀，白色圆形区域内代表相对缩小的波前分布，黑色圆形区域内代表相对扩大的波前分布。根据消色差透镜22安装的位置，最终输出光束可能同时扩大(图2.1)或缩小(图2.2)，也可能一大一小(图2.3)，两者光斑直径之比定义为系统剪切比。针对该情况需进行正交相位校正补偿，具体操作如下：在透射式球面波生成模块15中，移除平凸透镜9，获取输入波前为平面波的干涉图像，依次计算相位差分布和平面波前分布W₀；安装平凸透镜9再重复上述操作，获得形变波前分布W_d，该波前矩阵中包含了消色差透镜22对波前的畸变影响，即将面波前分布W₀减去，则获得经过平凸透镜9之后的所需波前分布。在反射式球面波生成模块18中，首先在凹面镜17的位置使用平面镜获得平面波前分布W₀，再安装凹面镜17获得形变波前分布W_d，二者相减得到经凹面镜17反射的波前分布，即凹面镜17表面形貌分布。然后根据基于最小二乘法的球面拟合运算，最终求取球面波前的曲率半径数值。

本实施例具体为初始波前调节模块7，经过零级半波片1和偏振分束器2，二者组合通过调节半波片1的旋转偏振方向，进行光斑亮度调节。通过硼酸钡(BBO)非线性晶体3对输出的掺镱激光倍频，最大限度地减少反射，获得绿色可见光(中心波长为515nm)，由带宽为10nm的带通滤波片4阻挡其他不需要的光。经过五倍消色差扩束器5再次准直并扩大，同时降低光束走离效应。然后拨动拨杆式孔径光阑6来控制光斑尺寸大小，形成直径约8mm且光强均匀分布的光斑。

初始波前经调节后分别可进入透射式球面波生成模块15和反射式球面波生成模块18。在透射式中球面波生成模块15中，经过模块7调整后的平面波前，传播至平凸透镜9后发生形变，被非偏振分光棱镜10分为两束，一束光经过高消光比线性偏振器11调制获得线偏振信号，再经过两个焦距均为200mm的消色差透镜12、13，组成望远镜系统，使平凸透镜9的后表面与波前传感器14的阵列面处于共轭面，随之形变的波前将映射到传感器14的阵列面上，波前传感器14的测量结果将作为比较值进行该方法系统性能评价；被非偏振分光棱镜10分开的另一束光进入剪切干涉系统模块25。在反射式球面波前生成模块18中，经过模块7调整后的平面波前被非偏振分光棱镜10分为两束，一束透射光传播至凹面镜17表面，更换不同焦距的凹面镜17可实现不同曲率半径下的球面波前，凹面镜17表面与偏振相机26的阵列平面保持共轭；另一束反射光被光挡16拦截。经平凸透镜9和凹面镜17反射后的形变波前分别进入径向循环剪切干涉系统25中。

形变波前随后进入径向循环剪切干涉系统25中。经起偏器19调制，由偏振分束器20分裂成两束振动方向互相垂直的s波和p波，其中s波从偏振分束器20出发，依次经过平面反射镜21、消色差透镜22、平面反射镜23；与之相反的p波依次经过平面反射镜23、消色差透镜22、平面反射镜21，两束光波再次在偏振分束器20处汇合，分别再经过四分之一波片24后，此时两束光均被调制为圆偏振态光，在其重叠区域将产生圆形干涉条纹。

偏振相机26的图像传感器上是由四个线性偏振器为一组组成的阵列，其偏振方向分别为0°，45°，90°和135°，每个像素都对应着一个偏振器。基于偏振器阵列结构，当两束圆偏振光束重叠时可以产生连续的相移为π/2的干涉条纹，适用于空间相移技术，即单次成像可以得到差径向波前差，可实现相位实时提取。具体算法为：两个干涉条纹叠加后的光强可表示为I(x，y)＝A(x，y)+V(x，y)cos[ΔW_r(x，y)]。其中，A(x，y)是背景光强，V(x，y)是条纹对比度。ΔW_r(x，y)即为两束光的相位差。映射到相机上的四个不同偏振角度的光强分布则可表示为：I₀＝A+Vsin(ΔW_r)，I₄₅＝A+Vcos(ΔW_r)，I₉₀＝A-Vsin(ΔW_r)，I₁₃₅＝A-Vcos(ΔW_r)。四个干涉条纹的连续相移步进为π/2，相位差可以通过四步相移计算公式提取，ΔW_r(x，y)＝tan^-1(I₀-I₉₀/I₄₅-I₁₃₅)。

获得相位差信息分布后，需要进行波前重构运算。在该单透镜方法中，最终映射到相机平面上的不再是平面波前，根据单透镜的焦距以及与其他光学元件之间的距离，到达相机阵列的可能是发散或汇聚的形变光束。图2展示了映射在相机平面上的三种光斑大小分布的可能性，其中黑色圆圈表示原始输入光斑大小，直径为d₀，白色圆形区域代表着相对缩小的波前分布，而黑色圆形区域代表相对扩大的波前分布。可以看出，这两束形变光斑直径与原始输入光束相比，并非传统的按比例一个扩大一个缩小(图2.3)，根据单透镜安装的位置，可能同时扩大(图2.1)或缩小(图2.2)，也可能一大一小。根据不同情况下的光斑直径分别进行正交相位校正，使得单透镜产生的波前额外形变被补偿。

如图3所示，本发明重构了实验中利用焦距为100mm、125mm、200mm的平凸透镜产生的不同曲率半径的球面波相位(图3.1)，计算了理论仿真的波前三维分布(图3.2)，进一步在横截面处进行曲线比较(图3.3)。

所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (6)

1.一种球面波前曲率半径测量装置，其特征在于：包括初始波前调节模块(7)、球面波生成模块(8)、径向剪切干涉模块(25)；所述的球面波生成模块(8)包含有透射式球面波生成模块(15)和反射式球面波生成模块(18)；从激光器输出耦合光束，耦合光束用作于产生两种不同类型球面波的初始输入波前，初始波前经初始波前调节模块(7)调节后分别可进入透射式球面波生成模块(15)和反射式球面波生成模块(18)；初始输入波前分别经过透射式(15)和反射式球面波生成模块(18)后分别发生对应的形变，再传播至径向剪切干涉模块(25)后，由偏振相机(26)接收最终输出波前，根据获得的原始球面波前分布实现曲率半径测量。

2.根据权利要求1所述的一种球面波前曲率半径测量装置，其特征在于：所述的初始波前调节模块(7)包括依次设置的零级半波片(1)、偏振分束器(2)、非线性晶体(3)、带通滤波片(4)、消色差扩束器(5)以及拨杆式孔径光阑(6)，其中，零级半波片(1)和偏振分束器(2)组合，通过调节半波片(1)的旋转偏振方向，进行光斑亮度调节；通过硼酸钡非线性晶体(3)对输出的掺镱激光倍频最大限度减少反射，获得绿色可见光；带通滤波片(4)阻挡其它不需要的光；经过消色差扩束器(5)再次准直并扩大，同时降低光束走离效应；拨动拨杆式孔径光阑(6)来控制光斑尺寸大小，形成光强均匀分布的光斑。

3.根据权利要求1所述的一种球面波前曲率半径测量装置，其特征在于：

所述的球面波生成模块(8)中的透射式中球面波生成模块(15)中，经过初始波前调节模块(7)调整后的平面波前，传播至平凸透镜(9)后发生形变，被非偏振分光棱镜(10)分为两束，其中一束光经过高消光比线性偏振器(11)调制获得线偏振信号，再经过第一消色差透镜(12)和第二消色差透镜(13)组成的望远镜系统，使平凸透镜(9)的后表面与波前传感器(14)的阵列面处于共轭面，随之形变的波前将映射到传感器(14)的阵列面上，波前传感器(14)的测量结果将作为比较值进行该方法系统性能评价；被非偏振分光棱镜(10)分开的另一束光进入径向剪切干涉模块(25)；

所述的球面波生成模块(8)中的反射式球面波前生成模块(18)中，经过初始波前调节模块(7)调整后的平面波前被非偏振分光棱镜(10)分为两束，其中一束透射光传播至凹面镜(17)表面，凹面镜(17)表面与偏振相机(26)的阵列平面保持共轭；另一束反射光被光挡(16)拦截；经平凸透镜(9)和凹面镜(17)反射后的形变波前分别进入径向剪切干涉模块(25)中。

4.根据权利要求3所述的一种球面波前曲率半径测量装置，其特征在于：所述的反射式球面波前生成模块(18)中，更换不同焦距的凹面镜(17)可实现不同曲率半径下的球面波前。

5.根据权利要求3所述的一种球面波前曲率半径测量装置，其特征在于：形变波前随后进入径向剪切干涉模块(25)中，经起偏器(19)调制，由偏振分束器(20)分裂成两束振动方向互相垂直的s波和p波，其中s波从偏振分束器(20)出发，依次经过平面反射镜(21)、消色差透镜(22)、平面反射镜(23)；与之相反的p波依次经过平面反射镜(23)、消色差透镜(22)、平面反射镜(21)，两束光波再次在偏振分束器(20)处汇合，分别再经过四分之一波片(24)后，此时两束光均被调制为圆偏振态光，在其重叠区域将产生圆形干涉条纹。

6.一种球面波前曲率半径测量方法，其特征在于，包括步骤如下：

步骤一)，搭建如权利要求1-5中任一权利要求所述的球面波前曲率半径测量装置，实现两束正交偏振光以公共路径但方向相反的方式传播；其中，在透射式球面波生成模块(15)中，平凸透镜(9)的后表面与偏振相机(26)阵列面处于共轭面，在反射式球面波生成模块(18)中，凹面镜(17)的前表面与偏振相机(26)阵列面处于共轭面，即恢复的波前形貌均可以反映透射式和反射式的波前形貌分布；滑动消色差扩束器(5)的红色环，实现在偏振相机(26)平面上控制圆形干涉条纹的圆心偏移量，通过将偏移量调节至最小获得傍轴准直光路，减小光束传播造成的误差。

步骤二)，由偏振相机(26)实现干涉图像的实时获取与测量；偏振相机(26)的图像传感器由四个线性偏振器为一组组成阵列，其对应偏振方向为0°，45°，90°和135°；基于偏振器阵列结构，两束圆偏振光束重叠可以产生连续的相移为π/2的干涉条纹，其光强可表示为：I(x，y)＝A(x，y)+V(x，y)cos[ΔW_r(x，y)]，其中A(x，y)是背景光强，V(x，y)是条纹对比度，ΔW_r(x，y)是待求的相位差分布；基于偏振相机(26)的像素阵列属性，其四个偏振角度的干涉条纹光强分布则可表示为：I₀＝A+Vsin(ΔW_r)，I₄₅＝A+Vcos(ΔW_r)，I₉₀＝A-Vsin(ΔW_r)以及I₁₃₅＝A-Vcos(ΔW_r)；根据上述连续相移π/2的四个公式可以推导出相位差ΔW_r，即ΔW_r(x，y)＝tan^-1(I₀-I₉₀/I₄₅-I₁₃₅)；再利用解包裹算法解除其相位在0-2π内的限制，获取连续的相位差分布；

步骤三)，利用步骤二)得出的相位差分布进行波前重构运算，采用基于泽尼克多项式拟合运算，步骤如下：首先用干涉区域内的正交泽尼克多项式对相位差信息进行模式拟合，用矩阵Z表示正交泽尼克多项式，获得各阶模式系数，各阶模式系数用矩阵α表示；其次假定各阶多项式为待测波前，计算经过特定剪切比的干涉仪后形成的相位差多项式，并推导二者之间的关系矩阵；再次根据关系矩阵和径向剪切相位差模式分解系数α，通过矩阵运算反演出待测畸变光束的各阶泽尼克模式系数；最后将这些模式系数代入对应阶数的泽尼克多项式中，即可复原出原始待测波前；

步骤四)，根据消色差透镜(22)的焦距以及与其他光学元件之间的距离，相机平面将获得发散或汇聚的形变光束；根据消色差透镜(22)安装的位置，最终输出光束的光斑直径之比定义为系统剪切比，进行正交相位校正补偿，具体步骤为：在透射式球面波生成模块(15)中，移除平凸透镜(9)，获取输入波前为平面波的干涉图像，依次计算相位差分布和平面波前分布W₀；安装平凸透镜(9)再重复上述操作，获得形变波前分布W_d，该波前矩阵中包含了消色差透镜(22)对波前的畸变影响，即将面波前分布W₀减去，则获得经过平凸透镜(9)之后的所需波前分布；在反射式球面波生成模块(18)中，首先在凹面镜(17)的位置使用平面镜获得平面波前分布W₀，再安装凹面镜(17)获得形变波前分布W_d，二者相减得到经凹面镜(17)反射的波前分布，即凹面镜(17)表面形貌分布；然后根据基于最小二乘法的球面拟合运算，最终求取球面波前的曲率半径数值。

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