CN1243952C - 组合干涉仪位相差放大装置 - Google Patents

Abstract

一种组合干涉仪位相差放大装置，它是将M-Z干涉仪与T-G干涉仪结合构成的进行位相差放大，本发明装置的位相因子放大2(M+N)倍，与在先技术相比，位相因子放大到原来的2倍。

Description

组合干涉仪位相差放大装置

技术领域：

本发明有关全息位相差放大，特别是一种组合干涉仪位相差放大装置。

背景技术：

用全息方法进行位相差放大，可用来精确测定光学元件的质量，也可用来检测由于应力、压力等引起的系统的位相变化。目前主要的方法有利用非线性全息图的高阶衍射项实现位相差放大，但其放大倍数受到衍射级次的限制；利用照明光源一定的相干长度，让光束多次通过位相物体实现位相差放大，但对光路的调整要求非常高。

发明内容：

本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种组合干涉仪位相差放大装置，

本发明的构思是将这两种方法M-Z干涉仪与T-G干涉仪结合起来，以期在同样的衍射级次下，得到更高的放大倍数。对要求两束光以一定角度入射到同一区域的情况下，T-G干涉仪不好调节，而M-Z干涉仪却很容易满足这个要求。因此，我们把M-Z干涉仪与T-G干涉仪结合起来，进行位相差放大。

对于M-Z干涉仪与T-G干涉仪的工作原理，我们在这里不想多作介绍，在任何一本高等光学书本里，都可以找到详尽的介绍。

本发明的技术解决方案如下：

组合M-Z和T-G干涉仪进行位相差放大装置如图1所示。

位相物体置于M₂与BS₂之间，相当于置于T-G干涉仪的一臂中。H为全息干板，物光在到达干板面之前是两次通过物体的，到达H处的物光为

                     0＝0exp[ik₀]

                   ₀＝2(x，y)+xsinθ₀+δ₀

参考光为

                     R＝Rexp[ik_R]

                    _R＝xsinθ_r+δ_r

其中k＝2π/λ；λ为所用光源波长；θ₀、θ_r分别为物光和参考光相对于干板法线方向的入射角；δ₀、δ_r为两束光到达H时各自的光程；φ(x，y)为由位相物体引起的程差。干板上的光强

I＝|O+R|²＝O²+R²+2ROcosk(₀-_R)                    (1)

干板曝光量为E＝It，t为曝光时间。经处理后的干板，其振幅透射率为T＝E^-γ/2，如果γ＞2，可以把T按级数展开；若R²/O^2-1，则展开式中高阶项不能忽略，从而T-E呈非线性关系，再现时就会出现高阶衍射项。把全息图看成光栅，把所有非线性项按正弦光栅展开，且不考虑常数项，最后可把振幅透射率写为

其中b_m是第m阶衍射波的绝对振幅投射率，是由物光、参考光及全息图处理过程决定的。

直接用M-Z干涉仪再现全息图(也可用原拍摄光路直接再现)，如图2所示。L、F为一空间滤波系统，调节M₁、BS₂，使光束1经H衍射后产生的+μ阶衍射光波与光束2经衍射后产生的-ν阶衍射光波重合，并由空间滤波系统选出，在C处就可得到这两束光的干涉图。

光束1经H衍射后，+μ阶衍射光波为

U_μ＝C₁b_μexpik[2μ(x，y)+x(sinθ_μ+sinθ₀-μsinθ_R)+μ(δ₀-δ_R)+δ₁]

光束2经H衍射后，-v阶衍射光波为

U_-ν＝C₂b_-νexpik[-2ν(x，y)-x(νsinθ₀-νsinθ_R-sinθ_-ν)-ν(δ₀-δ_R)+δ₂]

如果此两衍射光均在垂直于H的方向上，即衍射角为0，那么上述两式中的角度项消失，于是C处的光强为

I＝C₁ ²b_μ ²+C₂ ²b_-ν ²+2C₁C₂b_μb_-νcosk[2(μ+ν)(x，y)+(μ+ν)(δ₀-δ_R)+(δ₁-δ₂)]  (3)

若令C₁b_μ＝C₂b_-ν＝b，且(μ+ν)(δ₀-δ_R)+(δ₁-δ₂)为2π的整数倍，则(3)式为

I＝2b²{1+Cosk[2(μ+ν)(x，y)]}

若μ＝ν＝N，则

I＝2b²{1+cosk[4N(x，y)]}                                       (4)

可见，物体的位相差(x，y)被放大了4倍。

本发明的技术解决方案如下：

一种组合干涉仪位相差放大装置，包括全息图形成装置和全息图重构装置两部分，其特征在于：

所述的全息图形成装置的构成为：一氦氖激光光源并在该激光光源激光输出光路上依次设有扩束望远镜和与光路呈45°第一分束器，在第一分束器的反射光路上设有呈45°的第二分束器，该第二分束器的反射光路依次设样品和第二全反射镜，在第二全反射镜的反射光束前进方向依次为样品、第二分束器、与光路呈135°第三分束器和干板，在该第一分束器的透射光路上有与光路呈45°的第一全反射镜，其反射光再经第三分束器反射到达干板；

所述的全息图重构装置的构成是：一氦氖激光光源并在氦一氖激光光源激光输出的光路上设第二扩束望远镜和与光路呈45°的第四分束器，该第四分束器将入射光束分成反射和透射两光束A₁、B₂，在光束A₁的光路上设第四全反镜、第五分束器和照明干板；在光束B₁的光路上有第三全反镜和第五分束器，光束A₁、B₂通过第五分束器后同时照明干板上的全息图，该干板之后同轴地设有透镜、光阑和接收器。

所述的激光器，是一台单横模、输出功率为10mW的He-Ne激光器。

所述的扩束望远镜，是一台能把He-Ne激光器的输出光束放大50倍的光学系统。

所述的第一、第二、第三、第四第五分束器是一块在45°入射角情况下，透过50％、反射50％的介质膜镜。

所述的第一、第三、第四全反射镜是一块45°入射情况下，100％反射的介质膜镜，第二全反射镜是一块垂直入射情况下，100％反射的介质膜镜。

所述的样品是一个对6328位相物体，待进行位相差放大的光学系统。

所述的干板是用来记录He-Ne激光器形成全息图的记录介质，它对6328有较高的光谱灵敏度。

本发明的技术效果如下：

本发明的组合干涉仪位相差放大装置和在同样衍射级次下采用位相差放大系统相比，有较高的放大倍数。位相因子放大到原来的2(M+N)倍。与在先技术相比，位相因子放大到原来的2倍。

附图说明：

图1为本发明组合干涉仪位相差放大装置全息图形成装置结构示意图

图2为本发明组合干涉仪位相差放大装置全息图位相差放大重构装置结构示意图。

具体实施方式

先请参阅图1、图2，由图可见，本发明组合干涉仪位相差放大装置，包括全息图形成装置和全息图重构装置两部分：

所述的全息图形成装置的构成为：一氦氖激光光源1并在该激光光源1激光输出光路上依次设有扩束望远镜2和与光路呈45°第一分束器3，在第一分束器3的反射光路上设有呈45°的第二分束器5，该第二分束器5的反射光路依次设样品8和第二全反射镜6，在第二全反射镜6的反射光束前进方向依次为样品8、第二分束器5、与光路呈135°第三分束器7和干板9，在该第一分束器3的透射光路上有与光路呈45°的第一全反射镜4，其反射光再经第三分束器7反射到达干板9；

所述的全息图位相差放大重构装置的构成是：一氦氖激光光源11并在氦一氖激光光源11激光输出的光路上设第二扩束望远镜12和与光路呈45°的第四分束器13，该第四分束器13将入射光束分成反射和透射两光束A₁、B₂，在光束A₁的光路上设第四全反镜16、第五分束器15和照明干板9；在光束B₁的光路上有第三全反镜14和第五分束器15，光束A₁、B₂通过第五分束器15后同时照明干板9上的全息图，干板9之后同轴地设有透镜17、光阑18和接收器19。

所述的激光器1、11是一台单横模、输出功率为10mW的He-Ne激光器。具有较高的空间相干性和时间相干性。

所述的扩束望远镜2、12是一台能把He-Ne激光器的输出光束放大50倍的光学系统。

所述的第一、第二、第三、第四第五分束器3，5，7，13，15是一块在45°入射角情况下，透过50％、反射50％的介质膜镜。

所述的第一、第三、第四全反射镜4，14，16是一块45°入射情况下，100％反射的介质膜镜，第二全反射镜6是一块垂直入射情况下，100％反射的介质膜镜。

所述的样品8是一个对6328位相物体，待进行位相差放大的光学系统。

所述的干板9是用来记录He-Ne激光器形成全息图的记录介质，它对6328有较高的光谱灵敏度。

本发明的工作原理和基本过程是：

当He-Ne激光器1被扩束望远镜2放大50倍以后，被半透半反介质膜镜3分成A、B两束光，其中A束光被半透半反介质膜镜5反射，进入到样品8中，被全反射镜6全反射，按原路返回，再次进入样品8，穿过半透半反介质膜镜5和7，到达干板9上，而B束光经全反射镜4反射，被半透半反介质膜镜7反射到达干板9与A束光相遇形成全息图。全息图经暗室处理以后，放到如图2所示的全息图位相差放大重构装置进行位相差放大和重构。

由输出波长为632.8nm的氦—氖激光光源11发射的光束，经扩束望远镜12扩束后，被第四半透半反镜13后，分成A₁、B₁两束光。光束B₁经第三全反镜6和第五半透半反镜14后，照明干板9上的全息图；光束A₁经第四全反镜16和第五半透半反镜15后，也照明干板9上的全息图。

A₁、B₁束分别被全息图衍射，各自产生0级，±1，±M，±N......级衍射，分别调整全反射镜14、16，让A₁束在全息图9上产生的+M级(或-N级)衍射波和B₁束在全息图9上产生的-N级衍射波，在透镜17的焦平面上重叠，再用光阑18滤去非重叠部分，再由接收器19接收。由于来自全息图9上重构的物波和它的共扼波是位相相反的，因此，A₁束产生的+M级衍射波和B₁束产生的-N级衍射波干涉后，位相因子放大到原来的2(M+N)倍。与在先技术相比，位相因子放大到原来的2倍。

Claims (7)

1、一种组合干涉仪位相差放大装置，包括全息图形成装置和全息图重构装置两部分，其特征在于：

所述的全息图形成装置的构成为：一氦氖激光光源(1)并在该激光光源(1)激光输出光路上依次设有扩束望远镜(2)和与光路呈45°的第一分束器(3)，在第一分束器(3)的反射光路上设有呈45°的第二分束器(5)，该第二分束器(5)的反射光路依次设样品(8)和第二全反射镜(6)，在第二全反射镜(6)的反射光束前进方向依次为样品(8)、第二分束器(5)、与光路呈135°的第三分束器(7)和干板(9)，在该第一分束器(3)的透射光路上有与光路呈45°的第一全反射镜(4)，其反射光再经第三分束器(7)反射到达干板(9)；

所述的全息图位相差放大重构装置的构成是：一氦氖激光光源(11)并在氦—氖激光光源(11)激光输出的光路上设第二扩束望远镜(12)和与光路呈45°的第四分束器(13)，该第四分束器(13)将入射光束分成反射和透射第一光束(A₁)和第二光束(B₂)，在第一光束(A₁)的光路上设第四全反镜(16)、第五分束器(15)和照明干板(9)；在第二光束(B₁)的光路上有第三全反镜(14)和第五分束器(15)，第一光束(A₁)和第二光束(B₂)通过第五分束器(15)后同时照明干板(9)上的全息图，干板(9)之后同轴地设有透镜(17)、光阑(18)和接收器(19)。

2、根据权利要求1所述的组合干涉仪位相差放大装置，其特征在于所述的激光器(1、11)，是一台单横模、输出功率为10mW的He-Ne激光器。

3、根据权利要求1所述的组合干涉仪位相差放大装置，其特征在于所述的扩束望远镜(2、12)，是一台能把He-Ne激光器的输出光束放大50倍的光学系统。

4、根据权利要求1所述的组合干涉仪位相差放大装置，其特征在于所述的第一、第二、第三、第四、第五分束器(3，5，7，13，15)是一块在45°入射角情况下，透过50％、反射50％的介质膜镜。

5、根据权利要求1所述的组合干涉仪位相差放大装置，其特征在于所述的第一、第三、第四全反射镜(4，14，16)是一块45°入射情况下，100％反射的介质膜镜，第二全反射镜(6)是一块垂直入射情况下，100％反射的介质膜镜。

6、根据权利要求1所述的组合干涉仪位相差放大装置，其特征在于所述的样品(8)是一个对6328位相物体，待进行位相差放大的光学系统。

7、根据权利要求1所述的组合干涉仪位相差放大装置，其特征在于所述的干板(9)是用来记录He-Ne激光器形成全息图的记录介质，它对6328有较高的光谱灵敏度。

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