專利名稱：馬赫-曾德爾型剪切波面測量系統(tǒng)及其剪切波面測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光波面的測量，特別是一種馬赫一曾德爾型剪切波面測量系統(tǒng)及 其剪切波面測量方法。
背景技術(shù)：
光學(xué)衍射極限是光束受到孔徑限制條件下能夠達到的最小的發(fā)散度，此時光束 波面只具有0.3X左右的波面象差。剪切干涉法是一種方便精密的間接測量方法，通 過待測波面與自身復(fù)制面的干涉求得波面的變化率。在先技術(shù)可以利用雙剪切干涉 方便直觀地測量這樣微小的波差。干涉測量中的移相方法是常用的提高測量精度的 手段，對雙剪切干涉測量系統(tǒng)，如果引入移相方法，可以同時獲得直觀、高精度的 測量結(jié)果。目前的激光應(yīng)用系統(tǒng)中，很多采用半導(dǎo)體激光器，相干長度小，采用干 涉方法測量時，需要兩束相干光的光程相等。大口徑光學(xué)元件的加工和檢驗難度較 高，是束縛測量大口徑波面的重要因素。平板的加工是相對簡單的，工藝上容易實 現(xiàn)，因此設(shè)計了一種基于平板結(jié)構(gòu)、簡便易行的大口徑、可移相、剪切干涉的高精 度測量系統(tǒng)，實現(xiàn)大口徑、寬光譜、高精度激光波面測量。
在先技術(shù)[l] (M.V.R.K.Murty,，，The use of a single plane parallel plate as a lateral shearing interfereometerwith a visible gas laser source",Appl.Opt.3,531-534(1964》中所 描述的平行平板剪切干涉儀，利用平板的厚度和折射率，光束入射角產(chǎn)生剪切干涉 條紋。但是波差在一個波長以下，出現(xiàn)均勻視場，更小的波差無法辨別。
在先技術(shù)[2](參見R.S.Sirohi and M.RKothiyal,"Dotible wedge plate shearing interferometer for collimation testing,，，Appl.Opt.26,4054-4056(1987))中所描述的是雙 楔形平板的剪切測量干涉儀，利用兩塊楔角反向平行的楔形平板形成兩組干涉條紋， 通過兩組條紋的夾角或?qū)挾炔钋蟪霾妗z測精度是單楔板剪切的2倍。但是要比 較兩幅干涉圖，需提供參考或要求嚴(yán)格反向平行。由楔板決定的剪切波面與待測波 面無法分開，非等光程相干。因此只適用于相干長度長的光源探測。
在先技術(shù)[3](參見G Li, M. Zhao, and J. Zhang,"Improved wedge-plate shearing interferometric technique for a collimation test,，，Appl.Opt.31,4363-4364(1992))中所描述 的是在先技術(shù)[2]的改型，由一塊楔形板的反射和透射代替兩塊反向平行的楔板， 形成兩組剪切干涉條紋，不需要提供參考或調(diào)節(jié)兩光楔嚴(yán)格反向平行。但是仍為非 等光程相干。在先技術(shù)[4](參見Yun Woo Lee, Hyun Mo Cho, In Won Lee, "half-aperture shearing interferometer for collimation testing", Opt.Eng.32(ll),2837-2840(1993))中所
描述的是用兩塊擋板分別遮擋在先技術(shù)[3]中反射透射光路的上下部分，使兩組條 紋合并成一幅干涉圖，相互參考方便比較。仍為非等光程相干。
在先技術(shù)[5](參見專利20)2155049.2雙剪切波面干涉測量儀)中所描述的是以 雅敏干涉儀為基礎(chǔ)的分口徑雙楔板剪切干涉儀，利用兩塊平行板和四塊楔形形成一 幅分口徑的剪切干涉圖。剪切量是同樣厚度楔板的兩倍，剪切量越大，可以準(zhǔn)確測 得更小的波差。由系統(tǒng)直接得到分口徑干涉圖不需要實驗過程中遮擋。為等光程相 干。但是對于大口徑檢測，分束需要大厚度平行板，制作困難。
在先技術(shù)[6](參見專利公開1444023大口徑波面干涉測量儀)中所描述的是以 馬赫曾德干涉儀為基礎(chǔ)的分口徑雙剪切干涉儀，利用兩塊透射平板，四塊反射平板 形成一幅分口徑的剪切干涉圖，為等光程相干。但是，只能計算得出波面高度的信 息，不能恢復(fù)波面，進行計算機數(shù)字處理。同時沒有提供調(diào)試精度的保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服上述已有技術(shù)的困難，提供一種馬赫一曾德爾 型剪切波面測量系統(tǒng)及其剪切波面測量方法，該系統(tǒng)大口徑、高精密、可移相、剪 切干涉波面測量，可以測量衍射極限波面，等光程相干，適用于短相干長度光源， 可采用移相方法，進行計算機數(shù)字圖像處理。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種馬赫一曾德爾型剪切波面測量系統(tǒng)，特征在于包括
由入射平板、出射平板、固定底座、第一反射平板、第二反射平板、第三反射 平板、第四反射平板、第一導(dǎo)軌、第二導(dǎo)軌、成像透鏡、小孔和CCD成像儀構(gòu)成的 干涉系統(tǒng)；
提供精度保證的調(diào)整設(shè)備包括自準(zhǔn)直平行光管、第一.反射鏡、激光準(zhǔn)直光源、 基準(zhǔn)透反射鏡、第二反射鏡、光闌、第一五棱鏡和第二五棱鏡； 控制處理系統(tǒng)包括壓電控制器和計算機處理系統(tǒng)； 上述部件的位置關(guān)系如下
入射平板和出射平板為透射反射平板，該入射平板和出射平板的基準(zhǔn)面嚴(yán)格平 行地順列地固定在同一個底座上，該底座斜置地固定在一基板的中間偏上位置，所 述的第一反射平板固定在第一導(dǎo)軌上，該第一導(dǎo)軌置于所述的基板的右上部位，第 一反射平板的方向與所述的入射平板平行，間距為d13，所述的第一反射平板通過 第一導(dǎo)軌的調(diào)整可沿水平方向移動，所述的第二反射平板的方向與所述的第一反射
平板垂直，間距為d34，所述的第二反射平板到所述的出射平板的間距為d24，所述的第三反射平板和第四反射平板互相垂直，中心的間距為d56，共同固定在第二導(dǎo) 軌上，該第二導(dǎo)軌置于所述的基板的中下部位，且第四反射平板的方向與所述的入 射平板平行，間距為dl6,所述的第三反射平板到所述的出射平板的間距為d25，所 述的第四反射平板、出射平板和第一反射平板的方向相互平行；
在所述的基板上的下邊自左至右設(shè)置第一反射鏡和自準(zhǔn)直平行光管，在所述的 基板上的左側(cè)自下至上設(shè)置激光準(zhǔn)直光源和第二反射鏡，在所述的基板上的上側(cè)自 左至右依次是光闌、第二反射鏡、基準(zhǔn)透反射鏡、入射平板和第一反射平板，在所 述的基板上的上側(cè)和所述的出射平板的出射方向設(shè)置所述的成像透鏡、小孔和CCD 成像儀，該CCD成像儀的輸出端與計算機相連；
所述的第三反射平板裝有所述的壓電控制機構(gòu)，微動提供移相； 沿待測光束入射方向依次是光闌、第二反射鏡、基準(zhǔn)透反射鏡、入射平板和第 一反射平板，該入射平板將光束分為透射光束和反射光束，該反射光束經(jīng)由第四反 射平板、第三反射平板至所述的出射平板構(gòu)成第一光路，.所述的透射光束經(jīng)第一反 射平板、第二反射平板反射達到所述的出射平板構(gòu)成第二光路，所述的第一光路與 第二光路等光程；
所述的第一反射平板、第二反射平板、第三反射平板和第四反射平板中有一塊 反射平板的結(jié)構(gòu)是上下兩部分構(gòu)成的，上下部分可分別以垂直方向為軸，順時針和 逆時針方向轉(zhuǎn)動角度，其他那三塊反射平板為整塊。
利用上述的馬赫一曾德爾型剪切波面測量系統(tǒng)進行剪切波面測量的方法，特征 在于包括如下步驟
① 首先利用自準(zhǔn)直平行光管和第一反射鏡，調(diào)整第四反射平板、出射平板和第 一反射平板平行；
② 將第一五棱鏡置于第四反射平板和所述的出射平板之間并位于所述的第一反 射鏡的反射的光路上，利用自準(zhǔn)直平行光管、第一反射鏡和第一五棱鏡調(diào)整第三反 射平板和第四反射平板垂直，之后將第一五棱鏡取走；
③ 將第二五棱鏡置于所述的出射平板和第一反射平板之間并位于所述的第一反 射鏡的反射光路上，利用自準(zhǔn)直平行光管、第一反射鏡和第二五棱鏡調(diào)整第一反射 平板和第二反射平板垂直，之后將第二五棱鏡取走；
④ 若第二反射平板為上下兩部分，經(jīng)第③調(diào)整后，即為第二反射平板基準(zhǔn)方向， 微調(diào)使第二反射平板的上下部分分別以垂直方向為軸，順時針和逆時針方向轉(zhuǎn)動 角度，以逆時針轉(zhuǎn)動為正；同樣利用自準(zhǔn)直平行光管、第一反射鏡和第二五棱鏡調(diào) 整第二反射平板的上半部分與第二反射平板垂直的基準(zhǔn)方向成角度為a，再調(diào)整第
二反射平板的下半部分與第二反射平板基準(zhǔn)方向成角度為—(3，取a^p時為最佳值；⑤ 調(diào)整等光程初步確定位置時，保證dl3+d34+d24二dl6+d56+d25;利用所
述的激光準(zhǔn)直光源和第二反射鏡，調(diào)整第一導(dǎo)軌，使從i+算機觀察到寬光譜干涉條 紋以至于白光干涉條紋，說明兩路相干光滿足光程相等的要求；
⑥ 調(diào)整入射光基準(zhǔn)方向?qū)⑺龅牡诙瓷溏R和所述的基準(zhǔn)透反射鏡推入光路 中，開啟所述的激光準(zhǔn)直光源，調(diào)整所述的基準(zhǔn)透反射鏡的方向，使基準(zhǔn)透反射鏡 與所述的激光準(zhǔn)直光源和第二反射鏡輸出的光束垂直，然后將第二反射鏡拉出光路; 調(diào)整入射光的方向與基準(zhǔn)透反射鏡垂直，然后將所述的基準(zhǔn)透反射鏡拉出光路，準(zhǔn) 備進行測量；
⑦ 觀察干涉圖輸入待測光束，通過成像透鏡、小孔和CCD在計算機上采集處 理干涉條紋，得到波面信息。
還有第⑧步，需要移相處理時，所述的計算機采用移相處理專用軟件控制所述 的第三反射平板的壓電控制機構(gòu)并對干涉圖進行處理，其它硬件系統(tǒng)不變。 本發(fā)明的技術(shù)效果
在先技術(shù)[l]用平行平板測量波差，無法測量波差小f 一個波長的波面。在先技 術(shù)[2]和[3]和[4]采用雙楔形平板剪切干涉儀，為非等光程干涉。不適用于短相干長度 光源。在先技術(shù)[5]的雙剪切波面測量儀制作大口徑困難。在先技術(shù)[6]采用馬赫一曾 德爾型的剪切干涉儀為基礎(chǔ)，引入分上下的反射平板，上下與其他平板成不同的角 度，差動測量波面，恒等光程干涉。只能計算得出波面高度的信息，不能恢復(fù)波面， 進行計算機數(shù)字處理，沒有提供調(diào)試精度保證的系統(tǒng)。本發(fā)明的馬赫一曾德爾型剪 切波面測量系統(tǒng)采用導(dǎo)軌的位移決定剪切量和等光程的精密調(diào)整，同時配有自準(zhǔn)直 平行光管和激光(包括寬光譜)準(zhǔn)直光源實時調(diào)整和標(biāo)定，保證系統(tǒng)的獨立工作。 以大口徑平板為基礎(chǔ)，易于加工檢驗。系統(tǒng)中可采用壓電移相控制，結(jié)合計算機剪 切移相數(shù)字處理，進一步提高測量精度。因此是一種適用于測量大口徑，衍射極限 下的波面，特別是適用于短相干長度的光源波面，可以進行移相處理，配有實時調(diào) 整和標(biāo)定的完整系統(tǒng)。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明中上下分開的反射平板的結(jié)構(gòu)示意圖，工作時上下平板的夾角為2a。
圖3為調(diào)試設(shè)備中基準(zhǔn)透反鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4為入射光闌的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5為各平板間距示意圖。 圖6為干涉條紋示意圖，陰影為不可見部分。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護 范圍。
先請參閱圖l，圖l為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見，本發(fā)明馬赫一曾德 爾型剪切波面測量系統(tǒng)包括由入射平板1、出射平板2、固定底座23、第一反射 平板3、第二反射平板4、第三反射平板5、第四反射平板6、第一導(dǎo)軌7、第二導(dǎo) 軌8、成像透鏡9、小孔10和CCD成像儀11構(gòu)成的干涉系統(tǒng)；
提供精度保證的調(diào)整設(shè)備包括自準(zhǔn)直平行光管12、第.一反射鏡13、激光準(zhǔn)直光 源14、基準(zhǔn)透反射鏡15、第二反射鏡16、光闌17、第一五棱鏡18和第二五棱鏡
19;
控制處理系統(tǒng)包括壓電控制器20和21和計算機22處理系統(tǒng)； 上述部件的位置關(guān)系如下-
入射平板1和出射平板2為透射反射平板，該入射平板1和出射平板2的基準(zhǔn) 面嚴(yán)格平行地順列地固定在同一個底座23上，該底座23斜置地固定在一基板的中 間偏上位置，所述的第一反射平板3固定在第一導(dǎo)軌7上，該第一導(dǎo)軌7置于所述 的基板的右上部位，第一反射平板3的方向與所述的入射平板1平行，間距為dl3， 所述的第一反射平板3通過第一導(dǎo)軌(7)的調(diào)整可沿水平方向移動，所述的第二反 射平板4的方向與所述的第一反射平板3垂直，間距為d34，所述的第二反射平板4 到所述的出射平板2的間距為d24，所述的第三反射平板5和第四反射平板6互相 垂直，中心的間距為d56，共同固定在第二導(dǎo)軌8上，該第二導(dǎo)軌8置于所述的基 板的中下部位，且第四反射平板6的方向與所述的入射平板1平行，間距為d16， 所述的第三反射平板5到所述的出射平板2的間距為d25，如圖5所示。所述的第 四反射平板6、出射平板2和第一反射平板3的方向相互平行且中心在一條直線上；
在所述的基板上的下邊自左至右設(shè)置第一反射鏡13和自準(zhǔn)直平行光管12，在所 述的基板上的左側(cè)自下至上設(shè)置激光準(zhǔn)直光源14和第二反射鏡16，在所述的基板 上的上側(cè)自左至右依次是光闌17、第二反射鏡16、基準(zhǔn)透反射鏡15、入射平板1 和第一反射平板3，在所述的基板上的上側(cè)和所述的出射平板2的出射方向設(shè)置所 述的成像透鏡9、小孔10和CCD成像儀11，該CCD成像儀11的輸出端與計算機 22相連；
所述的第三反射平板5裝有所述的壓電控制機構(gòu)20、 21，微動提供移相； 沿待測光束入射方向依次是光闌17、第二反射鏡16、基準(zhǔn)透反射鏡15、入射平 板1和第一反射平板3，該入射平板1將光束分為透射光束和反射光束，該反射光 束經(jīng)由第四反射平板6、第三反射平板5至所述的出射平板2構(gòu)成第一光路，所述
9的透射光束經(jīng)第一反射平板3、第二反射平板4反射達到所述的出射平板2構(gòu)成第 二光路，所述的第一光路與第二光路等光程；
所述的第一反射平板3、第二反射平板4、第三反射平板5和第四反射平板6中 有一塊反射平板的結(jié)構(gòu)是上下兩部分構(gòu)成的，上下部分可分別以垂直方向為軸，順 時針和逆時針方向轉(zhuǎn)動角度，其他那三塊反射平板為整塊。
第一反射平板3為反射鏡，固定在高精密導(dǎo)軌7上，第一反射平板3的方向與 平板1平行，間距為d13，如圖5所示。沿光程調(diào)整方向(箭頭方向)移動可以精 密調(diào)整一路相干光的光程，使之與另一路光的光程相等。第三反射平板5和第四反 射平板6為反射鏡互相垂直，間距為d56，共同固定在導(dǎo)軌8上，平板6的方向與 平板1平行，間距為d16。沿剪切方向(箭頭方向)移動可以改變剪切量。剪切量 由0增大時，相干條紋的區(qū)域減少。第二反射平板4為反射鏡，方向與第一反射平 板3垂直，間距為d34。結(jié)構(gòu)是上下一分為二，可以垂直方向為軸，順時針或逆時 針轉(zhuǎn)動。 一般情況下，上下轉(zhuǎn)動角度相同，方向相反，如圖2所示。
第四反射平板5的鏡框具有壓電控制機構(gòu)20和21，微動提供移相。第一反射平 板3、第二反射平板4、第三反射平板5和第四反射平板6，可以選任一塊反射平板 結(jié)構(gòu)是上下一分為二，作用相同。為說明方便，取反射平板4為例，如圖2所示。 另外三塊反射平板為整塊。
工作時放置如下首先利用自準(zhǔn)直平行光管12和反射鏡13，調(diào)整平板2與平板 3及6平行。利用自準(zhǔn)直平行光管12、反射鏡13、五棱鏡18調(diào)整平板5和平板6 垂直。利用自準(zhǔn)直平行光管12、反射鏡13、五棱鏡19調(diào)整平板6和平板4垂直。 此時為基準(zhǔn)方向。第二步微調(diào)使平板4的上下部分分別以垂直方向為軸，順時針和 逆時針方向轉(zhuǎn)動角度，以逆時針轉(zhuǎn)動為正。同樣利用自準(zhǔn)直平行光管12、反射鏡13、 五棱鏡19調(diào)整上半塊與平板4的基準(zhǔn)方向成角度為a，下半塊與平板4基準(zhǔn)方向成 角度為一P， 一般取a二卩時為最佳值。
調(diào)整等光程初步確定位置時，如圖5所示，保證(113+(134+￡124=￡116+0156+ d25。利用激光準(zhǔn)直光源14，第二反射鏡16，調(diào)整第一導(dǎo)軌7，觀察到寬光譜干涉 條紋以至于白光干涉條紋，說明兩路相干光滿足光程相等的要求。
調(diào)整入射光基準(zhǔn)方向基準(zhǔn)透反射鏡15推入光路中，調(diào)整基準(zhǔn)透反射鏡15的 方向，與激光準(zhǔn)直光源14和第二反射鏡16的光垂直。然后將反射鏡16拉出光路。 調(diào)整入射光的方向與基準(zhǔn)透反射鏡15垂直，然后拉出基準(zhǔn)透反射鏡15進行測量。 基準(zhǔn)透反射鏡15和第二反射鏡16作為系統(tǒng)的一部分，暫時放在平臺一側(cè)，在每次 測量時都將使用它們，如上述過程調(diào)整入射光基準(zhǔn)。
觀察干涉圖通過成像透鏡9、小孔10和CCD成像儀11在計算機22上采集處理干涉條紋，得到波面信息。需要移相處理時，計算機應(yīng)用程序采用移相處理專用 軟件控制壓電元件和處理干涉圖，其它硬件系統(tǒng)不變。 實驗過程中根據(jù)需要調(diào)整剪切量。 一般地，調(diào)整不分割的平板。在這里第三 反射平板5和第四反射平板6 —起固定在第二導(dǎo)軌8上，沿移動方向調(diào)整改變剪切 量。這樣可以在待測波面以45度入射到入射平板1的情況下，調(diào)整過程中始終保持光程一定。即恒等光程相干?；驹頌榇郎y波面斜入射于入射平板l， 一部分在其入射界面上反射(A)， 另一部分折射入該平板并在第二個界面上透射出(B)。 A波面經(jīng)過第四反射平板6 和第三反射平板5反射，經(jīng)出射平板2透射到成像物鏡9。 B波面通過第一反射平板 3和第二反射平板4反射上下一分為二，上半波面的光軸和下半波面的光軸相對于 待測波面光軸偏離方向相反，并在出射平板2反射。在兩波面的重合部分產(chǎn)生干涉 圖。入射波面經(jīng)過入射平板1反射和第四反射平板6和第三反射平板5反射后，由 于角士a的關(guān)系上下產(chǎn)生不同的出射方向。由設(shè)計的口徑內(nèi)觀察條紋數(shù)N和希望剪切 量S可以確定角ct。 a與口徑內(nèi)觀察條紋數(shù)N，入射波長X，入射光束孔徑半徑R的 關(guān)系為(tv—i);l待測波面W與入射波長X、剪切量S、入射光束孔徑半徑R、干涉圖的上部分條 紋間距T！和干涉圖的下部分條紋間距T2的關(guān)系為7;r2 7;r2式中Ti為干涉圖的上部分條紋間距，T2為干涉圖的下部分條紋間距，AT為上下條 紋數(shù)之差。移相的處理基于剪切移相原理，可以采用商用軟件予以解決。 本實施例裝置的具體參數(shù)是:待測波面孔徑直徑2R為260mm，波長X為633nm。 透射平板與反射平板(平板1、 2、 3、 4、 5、 6)通光口徑均為(D470mm，厚度為65mm。 折射率n為1.50959，調(diào)整角a為5"。剪切量調(diào)整范圍為0 130mm。全口徑觀察條 紋數(shù)目N為11條紋，波面高度測量范圍是最小可達0.2X，最大可達10X以上。第一 導(dǎo)軌7的行程為40mm，精度為500nm。第二導(dǎo)軌8的行程為200mm，精度為lmm。 成像透鏡9的口徑為①300mm，焦距為lm。小孔10的大小為lmm， CCD成像儀 11的型號為MT_1881。自準(zhǔn)直平行光管12的口徑為①100mm，焦距為lm。第一 反射鏡13和第二反射鏡16的口徑為O200mm。激光準(zhǔn)直光管的口徑為O150mm，透反射鏡15的口徑為①150mm，入射光闌17的口徑為$300mm，五棱鏡的口徑為' 50mm。結(jié)構(gòu)請參閱圖1，圖2，圖3，圖4。需要確定的間距是入射平板l、出射平板2、第一反射平板3、第二反射平板4、 第三反射平板5和第四反射平板6的相對位置，如圖5所示。dl3=dl6=1425mm， d34=d56=685mm， d24=d25=641mm。間距選擇滿足dl3+d34+d24=dl6+d56+d25即可，上述是一種特例，在此情況下，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)近似方形。其它調(diào)試設(shè)備的位 置可以根據(jù)需要調(diào)整。
權(quán)利要求
1、一種馬赫-曾德爾型剪切波面測量系統(tǒng)，特征在于包括由入射平板(1)、出射平板(2)、固定底座(23)、第一反射平板(3)、第二反射平板(4)、第三反射平板(5)、第四反射平板(6)、第一導(dǎo)軌(7)、第二導(dǎo)軌(8)、成像透鏡(9)、小孔(10)和CCD成像儀(11)構(gòu)成的干涉系統(tǒng)；提供精度保證的調(diào)整設(shè)備包括自準(zhǔn)直平行光管(12)、第一反射鏡(13)、激光準(zhǔn)直光源(14)、基準(zhǔn)透反射鏡(15)、第二反射鏡(16)、光闌(17)、第一五棱鏡(18)和第二五棱鏡(19)；控制處理系統(tǒng)包括壓電控制器(20、21)和計算機(22)處理系統(tǒng)；上述部件的位置關(guān)系如下入射平板(1)和出射平板(2)為透射反射平板，該入射平板(1)和出射平板(2)的基準(zhǔn)面嚴(yán)格平行地順列地固定在同一個底座(23)上，該底座(23)斜置地固定在一基板的中間偏上位置，所述的第一反射平板(3)固定在第一導(dǎo)軌(7)上，該第一導(dǎo)軌(7)置于所述的基板的右上部位，第一反射平板(3)的方向與所述的入射平板(1)平行，間距為d13，所述的第一反射平板(3)通過第一導(dǎo)軌(7)的調(diào)整可沿水平方向移動，所述的第二反射平板(4)的方向與所述的第一反射平板(3)垂直，間距為d34，所述的第二反射平板(4)到所述的出射平板(2)的間距為d24，所述的第三反射平板(5)和第四反射平板(6)互相垂直，中心的間距為d56，共同固定在第二導(dǎo)軌(8)上，該第二導(dǎo)軌(8)置于所述的基板的中下部位，且第四反射平板(6)的方向與所述的入射平板(1)平行，間距為d16，所述的第三反射平板(5)到所述的出射平板(2)的間距為d25，所述的第四反射平板(6)、出射平板(2)和第一反射平板(3)的方向相互平行且中心在一條直線上；在所述的基板上的下邊自左至右設(shè)置第一反射鏡(13)和自準(zhǔn)直平行光管(12)，在所述的基板上的左側(cè)自下至上設(shè)置激光準(zhǔn)直光源(14)和第二反射鏡(16)，在所述的基板上的上側(cè)自左至右依次是光闌(17)、第二反射鏡(16)、基準(zhǔn)透反射鏡(15)、入射平板(1)和第一反射平板(3)，在所述的基板上的上側(cè)和所述的出射平板(2)的出射方向設(shè)置所述的成像透鏡(9)、小孔(10)和CCD成像儀(11)，該CCD成像儀(11)的輸出端與計算機(22)相連；所述的第三反射平板(5)裝有所述的壓電控制機構(gòu)(20、21)，微動提供移相；沿待測光束入射方向依次是光闌(17)、第二反射鏡(16)、基準(zhǔn)透反射鏡(15)、入射平板(1)和第一反射平板(3)，該入射平板(1)將光束分為透射光束和反射光束，該反射光束經(jīng)由第四反射平板(6)、第三反射平板(5)至所述的出射平板(2)構(gòu)成第一光路，所述的透射光束經(jīng)第一反射平板(3)、第二反射平板(4)反射達到所述的出射平板(2)構(gòu)成第二光路，所述的第一光路與第二光路等光程；所述的第一反射平板(3)、第二反射平板(4)、第三反射平板(5)和第四反射平板(6)中有一塊反射平板的結(jié)構(gòu)是上下兩部分構(gòu)成的，上下部分可分別以垂直方向為軸，順時針和逆時針方向轉(zhuǎn)動角度，其他那三塊反射平板為整塊。
2、利用權(quán)利要求1所述的馬赫一曾德爾型剪切波面測量系統(tǒng)進行剪切波面測量的方法，特征在于包括如下步驟① 首先利用自準(zhǔn)直平行光管(12)和第一反射鏡(13)，調(diào)整第四反射平板(6)、 出射平板(2)和第一反射平板(3)平行；② 將第一五棱鏡(18)置于第四反射平板(6)和所述的出射平板(2)之間并位于 所述的第一反射鏡(13)的反射的光路上，利用自準(zhǔn)直平行光管(12)、第一反射鏡(13)和第一五棱鏡(18)調(diào)整第三反射平板(5)和第四反射平板(6)垂直，之 后將第一五棱鏡(18)取走；③ 將第二五棱鏡(19)置于所述的出射平板(2)和第一反射平板(3)之間并位于 所述的第一反射鏡(13)的反射的光路上，利用自準(zhǔn)直平行光管(12)、第一反射鏡(13)和第二五棱鏡(19)調(diào)整第一反射平板(3)和第二反射平板(4)垂直，之 后將第二五棱鏡(19)取走；④ 若第二反射平板(4)為上下兩部分，經(jīng)第③調(diào)整后，即為第二反射平板(4) 基準(zhǔn)方向，微調(diào)使第二反射平板(4)的上下部分分別以垂直方向為軸，順時針和 逆時針方向轉(zhuǎn)動角度，以逆時針轉(zhuǎn)動為正；同樣利用自準(zhǔn)直平行光管(12)、第一反 射鏡(13)和第二五棱鏡(19)調(diào)整第二反射平板(4)的上半部分與第二反射平板(4)垂直的基準(zhǔn)方向成角度為a，再調(diào)整第二反射平板(4)的下半部分與第二反 射平板(4)基準(zhǔn)方向成角度為一(3，取a^p時為最佳值；⑤ 調(diào)整等光程初步確定位置時，保證dl3+d34+d24:dl6+d56+d25;利用所 述的激光準(zhǔn)直光源(14)和第二反射鏡(16)，調(diào)整第一導(dǎo)軌(7)，使從計算機(12) 觀察到寬光譜干涉條紋以至于白光干涉條紋，這時兩路相干光滿足光程相等的要求；⑥ 調(diào)整入射光基準(zhǔn)方向?qū)⑺龅牡诙瓷溏R(16)和所述的基準(zhǔn)透反射鏡(15) 推入光路中，開啟所述的激光準(zhǔn)直光源(14)，調(diào)整所述的基準(zhǔn)透反射鏡(15)的方 向，使基準(zhǔn)透反射鏡(15)與所述的激光準(zhǔn)直光源(14)和第二反射鏡(16)輸出 的光束垂直，然后將第二反射鏡(16)拉出光路；調(diào)整入射光的方向與基準(zhǔn)透反射 鏡(15)垂直，然后將所述的基準(zhǔn)透反射鏡(15)拉出光路，準(zhǔn)備進行測量；⑦ 觀察干涉圖輸入待測光束，通過成像透鏡(9)、小孔(10)和CCD (11) 在計算機(22)上采集處理干涉條紋，得到波面信息。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的剪切波面測量的方法，其特征在于還有第⑧步，需要 移相處理時，所述的計算機(22)采用移相處理專用軟件控制所述的第三反射平板 (5)的壓電控制機構(gòu)(20、 21)并對干涉圖進行處理，其它硬件系統(tǒng)不變。
全文摘要
一種馬赫—曾德爾型剪切波面測量系統(tǒng)及其剪切波面測量方法，該系統(tǒng)包括由入射平板、出射平板、固定底座、第一反射平板、第二反射平板、第三反射平板、第四反射平板、第一導(dǎo)軌、第二導(dǎo)軌、成像透鏡、小孔和CCD成像儀構(gòu)成的干涉系統(tǒng)；提供精度保證的調(diào)整設(shè)備包括自準(zhǔn)直平行光管、第一反射鏡、激光準(zhǔn)直光源、基準(zhǔn)透反射鏡、第二反射鏡、光闌、第一五棱鏡和第二五棱鏡；控制處理系統(tǒng)包括壓電控制器和計算機處理系統(tǒng)。本發(fā)明是一種適用于測量大口徑，衍射極限下的波面，特別是適用于短相干長度的光源波面，可以進行移相處理，配有實時調(diào)整和標(biāo)定的完整系統(tǒng)。
文檔編號G01J9/02GK101315302SQ20081003911
公開日2008年12月3日 申請日期2008年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月18日
發(fā)明者劉立人, 竹 欒, 王利娟 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所