一種使用旋轉(zhuǎn)徑向光柵的斐索型同步移相干涉測(cè)試裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種使用旋轉(zhuǎn)徑向光柵的斐索型同步移相干涉測(cè)試裝置，包括斐索型干涉光路部分和多普勒頻移調(diào)諧移相部分，且斐索型干涉光路部分位于多普勒頻移調(diào)諧移相部分的前端，其中斐索型干涉光路部分由激光器、擴(kuò)束鏡、分光鏡、第一準(zhǔn)直物鏡、參考鏡和測(cè)試鏡依次排列組成；多普勒頻移調(diào)諧移相部分包括第二準(zhǔn)直物鏡、電機(jī)、徑向光柵、成像透鏡和探測(cè)器依次排列組成，上述所有光學(xué)器件相對(duì)于基底同軸等高，即相對(duì)于光學(xué)平臺(tái)或儀器底座同軸等高；本發(fā)明具有能夠?qū)崿F(xiàn)大口徑光學(xué)元件在長(zhǎng)腔長(zhǎng)測(cè)試環(huán)境下的面形動(dòng)態(tài)測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，且成本較低。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種使用旋轉(zhuǎn)徑向光柵的斐索型同步移相干涉測(cè)試裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光干涉計(jì)量測(cè)試領(lǐng)域，特別是一種使用旋轉(zhuǎn)徑向光柵的斐索型同步移相干涉測(cè)試裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大型光學(xué)元件在天文、航天、能源等前沿科學(xué)領(lǐng)域逐漸得到廣泛應(yīng)用，越來(lái)越多的場(chǎng)合需要檢測(cè)、校準(zhǔn)大中型光學(xué)元件或光學(xué)系統(tǒng)。例如我國(guó)正在研制的神光高功率固體激光裝置中有成千上萬(wàn)塊大口徑光學(xué)元件，根據(jù)應(yīng)用需求，其中許多光學(xué)元件需在布儒斯特角或小角度下進(jìn)行測(cè)量，此時(shí)，干涉腔長(zhǎng)較長(zhǎng)(大于2米)。又如對(duì)大口徑天文望遠(yuǎn)鏡中的主鏡或長(zhǎng)焦距透鏡等進(jìn)行測(cè)量時(shí)，干涉腔長(zhǎng)也經(jīng)常達(dá)到幾米甚至更長(zhǎng)。而這些應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)大口徑光學(xué)元件的面形精度要求很高，因此，如何實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)腔長(zhǎng)下大口徑光學(xué)元件的高精度檢測(cè)是保證鏡面加工質(zhì)量的關(guān)鍵，也是提高整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)精度的關(guān)鍵。
[0003]移相干涉測(cè)試技術(shù)通過(guò)對(duì)干涉場(chǎng)的調(diào)制產(chǎn)生移相，再根據(jù)采集的若干幅移相干涉圖恢復(fù)待測(cè)物理量，顯著提升了干涉檢測(cè)的精度和自動(dòng)化程度，被廣泛應(yīng)用于光學(xué)元件面形和光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的評(píng)價(jià)。然而，環(huán)境擾動(dòng)尤其是振動(dòng)始終是移相干涉測(cè)試技術(shù)的主要誤差源。同步移相干涉測(cè)試技術(shù)是目前抗振效果最好的干涉測(cè)試技術(shù)，該技術(shù)在瞬間同時(shí)采集三幅或三幅以上的移相干涉圖，因此，環(huán)境擾動(dòng)對(duì)這些干涉圖的影響是相同的。
[0004]現(xiàn)有的同步移相方案一般都基于偏振移相原理，如專(zhuān)利《使用微透鏡陣列的同步移相干涉測(cè)試方法及裝置》(專(zhuān)利號(hào):CN201110338856.6)中將干涉儀的參考光與測(cè)試光分為多路，每一路通過(guò)偏振器件(偏振片或波片)引入不同移相量，因此能夠“瞬時(shí)”采集到所需的移相干涉圖，避免了振動(dòng)這類(lèi)時(shí)變誤差因素對(duì)干涉測(cè)量的影響，但是該方法采用泰曼型干涉儀結(jié)構(gòu)，因?yàn)樘┞徒Y(jié)構(gòu)中參考光與測(cè)試光共光路部分較少，容易在不同的光路中得到偏振方向正交的參考光與測(cè)試光實(shí)現(xiàn)偏振移相。而斐索型干涉儀由于其共光路特點(diǎn)，其參考光和測(cè)試光均含有P光和S光分量,不易分離,如何引入偏振移相成為難點(diǎn)。2008年，南京理工大學(xué)的徐晨等人提出一種基于電流調(diào)制半導(dǎo)體激光器的短相干光源、使用光柵分光的斐索型同步移相干涉儀，其博士論文《動(dòng)態(tài)干涉測(cè)試技術(shù)與應(yīng)用研究》中有詳細(xì)描述。但是，該類(lèi)方案均采用短相干光源實(shí)現(xiàn)光程差匹配，無(wú)法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)腔長(zhǎng)下的干涉測(cè)試。本發(fā)明所述的一種使用旋轉(zhuǎn)徑向光柵的斐索型同步移相干涉測(cè)試裝置可以在長(zhǎng)腔長(zhǎng)測(cè)試環(huán)境下對(duì)大口徑光學(xué)元件進(jìn)行測(cè)試，彌補(bǔ)了在長(zhǎng)腔長(zhǎng)環(huán)境下測(cè)試大口徑光學(xué)元件的空白。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種使用旋轉(zhuǎn)徑向光柵的斐索型同步移相干涉測(cè)試裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)大口徑平面光學(xué)元件在長(zhǎng)腔長(zhǎng)下測(cè)量，測(cè)量精度高。
[0006]一種使用旋轉(zhuǎn)徑向光柵的斐索型同步移相測(cè)試裝置，包括斐索型干涉光路部分和多普勒頻移調(diào)諧移相部分，且斐索型干涉光路部分位于多普勒頻移調(diào)諧移相部分的前端，其中斐索型干涉光路部分由激光器、擴(kuò)束鏡、分光鏡、第一準(zhǔn)直物鏡、參考鏡和測(cè)試鏡依次排列組成；多普勒頻移調(diào)諧移相部分包括第二準(zhǔn)直物鏡、電機(jī)、徑向光柵、成像透鏡和探測(cè)器依次排列組成，上述所有光學(xué)器件相對(duì)于基底同軸等高，即相對(duì)于光學(xué)平臺(tái)或儀器底座同軸等聞;
激光器發(fā)出的光經(jīng)擴(kuò)束鏡擴(kuò)束，透過(guò)分光鏡，再經(jīng)過(guò)第一準(zhǔn)直物鏡準(zhǔn)直成平行光，平行光入射到參考鏡上，一部分反射后形成參考光，另一部分透過(guò)參考鏡入射到測(cè)試鏡上，反射后形成測(cè)試光，之后參考光和測(cè)試光沿原路反射回分光鏡，經(jīng)分光鏡反射后進(jìn)入后續(xù)的多普勒頻移調(diào)諧移相部分中；
斐索型干涉光路部分得到的參考光和測(cè)試光經(jīng)過(guò)第二準(zhǔn)直物鏡后準(zhǔn)直成平行光，再經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)徑向光柵形成O級(jí)和±1級(jí)衍射光，三束不同頻率的衍射光以不同的角度入射到成像透鏡上，經(jīng)成像透鏡成像在探測(cè)器像面的不同位置上。
[0007]經(jīng)分光鏡反射后的光線(xiàn)與第二準(zhǔn)直物鏡共光軸，并進(jìn)入第二準(zhǔn)直物鏡；探測(cè)器是面陣CCD相機(jī)；電機(jī)控制徑向光柵旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)面垂直于光軸。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為:
(1)相比于現(xiàn)有的同步移相干涉測(cè)試系統(tǒng)，本發(fā)明無(wú)需偏振調(diào)制，光學(xué)元件少，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；
(2)能夠?qū)崿F(xiàn)大口徑光學(xué)元件在長(zhǎng)腔長(zhǎng)下的面形測(cè)量。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本發(fā)明使用旋轉(zhuǎn)徑向光柵的斐索型同步移相測(cè)試光路結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0011]結(jié)合圖1，一種使用旋轉(zhuǎn)徑向光柵的斐索型同步移相干涉測(cè)試裝置由斐索型干涉光路部分12和多普勒頻移調(diào)諧移相部分13兩大部分組成，且斐索型干涉光路部分12位于多普勒頻移調(diào)諧移相部分13的前端。
[0012]在斐索型干涉光路部分12中，各器件按前后順序依次為:激光器1、擴(kuò)束鏡2、分光鏡3、第一準(zhǔn)直物鏡4、參考鏡5和測(cè)試鏡6,所有器件相對(duì)于基底(光學(xué)平臺(tái)或儀器底座)同軸等高。其工作過(guò)程為:激光器I發(fā)出的光經(jīng)擴(kuò)束鏡2擴(kuò)束，透過(guò)分光鏡3，再經(jīng)過(guò)第一準(zhǔn)直物鏡4準(zhǔn)直成平行光，平行光入射到參考鏡5上，一部分反射后形成參考光，另一部分透過(guò)參考鏡5入射到測(cè)試鏡6上，反射后形成測(cè)試光，之后參考光和測(cè)試光沿原路反射回分光鏡3，經(jīng)分光鏡反射后進(jìn)入后續(xù)的多普勒頻移調(diào)諧移相部分13。
[0013]在多普勒頻移調(diào)諧移相部分13中，各器件按前后順序依次為:第二準(zhǔn)直物鏡7、電機(jī)8控制的高速旋轉(zhuǎn)徑向光柵9、成像透鏡10和探測(cè)器11，所有器件相對(duì)于基底(光學(xué)平臺(tái)或儀器底座)同軸等高。其工作過(guò)程為:斐索型干涉光路部分12得到的參考光和測(cè)試光經(jīng)過(guò)第二準(zhǔn)直物鏡7后準(zhǔn)直成平行光，再經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)徑向光柵9形成O級(jí)和±1級(jí)衍射光(光柵設(shè)計(jì)時(shí)，抑制更高級(jí)次的光束)，三束不同頻率的衍射光以不同的角度入射到成像透鏡10上，經(jīng)成像透鏡10成像在探測(cè)器11像面的不同位置上。探測(cè)器11是面陣CXD相機(jī)。
【權(quán)利要求】
1.一種使用旋轉(zhuǎn)徑向光柵的斐索型同步移相干涉測(cè)試裝置，其特征在于:包括斐索型干涉光路部分[12]和多普勒頻移調(diào)諧移相部分[13]，且斐索型干涉光路部分[12]位于多普勒頻移調(diào)諧移相部分[13]的前端，其中斐索型干涉光路部分[12]由激光器[I]、擴(kuò)束鏡[2]、分光鏡[3]、第一準(zhǔn)直物鏡[4]、參考鏡[5]和測(cè)試鏡[6]依次排列組成；多普勒頻移調(diào)諧移相部分[13]包括第二準(zhǔn)直物鏡[7]、電機(jī)[8]、徑向光柵[9]、成像透鏡[10]和探測(cè)器[11]依次排列組成，上述所有光學(xué)器件相對(duì)于基底同軸等高，即相對(duì)于光學(xué)平臺(tái)或儀器底座同軸等高；激光器[I]發(fā)出的光經(jīng)擴(kuò)束鏡[2]擴(kuò)束，透過(guò)分光鏡[3]，再經(jīng)過(guò)第一準(zhǔn)直物鏡[4]準(zhǔn)直成平行光，平行光入射到參考鏡[5]上，一部分反射后形成參考光，另一部分透過(guò)參考鏡[5]入射到測(cè)試鏡[6]上，反射后形成測(cè)試光，之后參考光和測(cè)試光沿原路反射回分光鏡[3]，經(jīng)分光鏡[3]反射后進(jìn)入后續(xù)的多普勒頻移調(diào)諧移相部分[13]中； 斐索型干涉光路部分[12]得到的參考光和測(cè)試光經(jīng)過(guò)第二準(zhǔn)直物鏡[7]后準(zhǔn)直成平行光，再經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)徑向光柵[9]形成O級(jí)和±1級(jí)衍射光，三束不同頻率的衍射光以不同的角度入射到成像透鏡[10]上，經(jīng)成像透鏡[10]成像在探測(cè)器[11]像面的不同位置上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用旋轉(zhuǎn)徑向光柵的斐索型同步移相干涉測(cè)試裝置，其特征在于:經(jīng)分光鏡[3]反射后的光線(xiàn)與第二準(zhǔn)直物鏡[7]共光軸，并進(jìn)入第二準(zhǔn)直物鏡[7]。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用旋轉(zhuǎn)徑向光柵的斐索型同步移相干涉測(cè)試裝置，其特征在于:探測(cè)器[11]是面陣CCD相機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用旋轉(zhuǎn)徑向光柵的斐索型同步移相干涉測(cè)試裝置，其特征在于:電機(jī)[8]控制徑向光柵[9]旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)面垂直于光軸。
【文檔編號(hào)】G01B9/02GK104075655SQ201310101855
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月27日
【發(fā)明者】李建欣, 郭仁慧, 王小鋒, 沈華, 馬駿, 朱日宏, 陳磊, 何勇, 高志山, 王青, 季榮 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)