專利名稱：偏振橫向剪切干涉儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光學(xué)測量領(lǐng)域，是一種偏振橫向剪切干涉儀，特別是一種剪切量 可調(diào)的等光程偏振橫向剪切干涉儀
背景技術(shù)：
波前測量技術(shù)廣泛應(yīng)用于光學(xué)加工、激光通訊、傳感探測等領(lǐng)域。波前測量方法主 要有波前斜率探測反演方法、波前曲率探測反演方法、波前聚焦光斑探測反演方法、干涉條 紋分析反演方法，其中干涉條紋分析反演方法具有高精度、高空間分辨率等優(yōu)點(diǎn)。在干涉條 紋分析反演方法采用的不同類型干涉儀中，橫向剪切干涉儀將被測波前與其橫向剪切復(fù)制 的波前產(chǎn)生干涉，無需標(biāo)準(zhǔn)參考面且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、穩(wěn)定，是最為有效的波前檢測手段之 一。偏振橫向剪切干涉儀利用偏振效應(yīng)產(chǎn)生橫向剪切而構(gòu)成了共光路干涉，也便于引入同 步移相技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)抗振動(dòng)實(shí)時(shí)測量。在先技術(shù)[1](參見史紅民，陸耀東，方竟.“錯(cuò)位移相技術(shù)研究”.光電子 激光， vol. 9,No. 2，124-126，1998)描述了一種偏振橫向剪切干涉儀，它利用薩瓦偏光鏡對(duì)入射光 束產(chǎn)生橫向剪切，可以實(shí)現(xiàn)等光程橫向剪切干涉，但是薩瓦偏光鏡的剪切量為固定值。在先技術(shù)[2](參見劉曉軍，章明，李柱.“共路移相剪切干涉測量儀的研制”.華 中理工大學(xué)學(xué)報(bào)，vol. 27，No. 3，16-18，1999)描述了一種偏振橫向剪切干涉儀，它利用光軸 與表面平行的單軸晶體平板的雙折射效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了共光路橫向剪切干涉，且剪切量可調(diào)，但 是不能滿足等光程干涉條件。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種偏振橫向剪切干涉 儀，該干涉儀具有等光程干涉和剪切量可調(diào)等特點(diǎn)。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案—種偏振橫向剪切干涉儀，特點(diǎn)在于由偏振分束器、雙折射晶體平板、偏振方向旋 轉(zhuǎn)組件、變倍鏡組、圖像傳感器和計(jì)算機(jī)組成，其位置關(guān)系是沿入射光束行進(jìn)的方向依次 為所述的偏振分束器、雙折射晶體平板和偏振方向旋轉(zhuǎn)組件，在所述的偏振分束器沿入射 光束行進(jìn)的反方向的反射光路中依次設(shè)置所述的變倍鏡組和圖像傳感器，該圖像傳感器的 輸出端與所述的計(jì)算機(jī)相連，所述雙折射晶體平板的主平面與所述的偏振分束器出射的線 偏振光的偏振方向成45°角，所述偏振方向旋轉(zhuǎn)組件是后表面鍍有高反射膜的四分之一波 片，或是四分之一波片和平面反射鏡的組合體，所述四分之一波片的快軸方向與所述雙折 射晶體平板的主平面成45°角。所述的雙折射晶體平板具有使其在主截面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，該雙折射晶體平板 是光軸平行于其表面的單軸晶體平板，或光軸垂直于其表面的單軸晶體平板。所述的偏振分束器將入射在其上的光束分為兩束偏振方向相互垂直且具有一定 夾角的線偏振光，可以是鍍有偏振分光膜的立方分束棱鏡，也可以是具有分束功能的雙折射棱鏡。與在先技術(shù)相比，本實(shí)用新型的技術(shù)效果如下1、剪切量可調(diào)。改變被測光束在雙折射晶體平板上的入射角度，將使雙折射晶體 平板產(chǎn)生的橫向剪切量發(fā)生變化，通過旋轉(zhuǎn)雙折射晶體平板即可實(shí)現(xiàn)橫向剪切量的調(diào)整。2、等光程干涉。雙折射晶體平板將入射光束剪切為偏振方向相互垂直且具有一定 光程差的兩束光，它們經(jīng)過偏振方向旋轉(zhuǎn)組件后其偏振方向旋轉(zhuǎn)90°角，反向通過雙折射 晶體平板后光程差補(bǔ)償為零，實(shí)現(xiàn)了等光程干涉。

圖1為本實(shí)用新型所述的偏振橫向剪切干涉儀的結(jié)構(gòu)圖圖2為本實(shí)用新型所述的偏振方向旋轉(zhuǎn)組件的結(jié)構(gòu)圖圖3為本實(shí)用新型產(chǎn)生橫向剪切和等光程干涉的光路圖
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)該以此限制本實(shí)用新 型的保護(hù)范圍。先請(qǐng)參閱圖1，圖1是本實(shí)用新型所述偏振橫向剪切干涉儀實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。由 圖1可見，本實(shí)用新型偏振橫向剪切干涉儀，由偏振分束器1、雙折射晶體平板2、偏振方向 旋轉(zhuǎn)組件3、變倍鏡組4、圖像傳感器5和計(jì)算機(jī)6組成，其位置關(guān)系是沿入射光束行進(jìn)的 方向依次為所述的偏振分束器1、雙折射晶體平板2和偏振方向旋轉(zhuǎn)組件3，在所述偏振分 束器1沿入射光束行進(jìn)的反方向的反射光路中依次設(shè)置所述的變倍鏡組4和圖像傳感器5， 該圖像傳感器5的輸出端與所述的計(jì)算機(jī)6相連，所述雙折射晶體平板2的主平面與所述 的偏振分束器1出射的線偏振光的偏振方向成45°角，所述偏振方向旋轉(zhuǎn)組件3是后表面 鍍有高反射膜32的四分之一波片31，所述四分之一波片31的快軸方向與所述雙折射晶體 平板2的主平面成45°角。本實(shí)施例中所述的偏振分束器1為鍍有偏振分光膜的立方分束棱鏡。所述雙折射晶體平板2是光軸平行于其表面的單軸晶體平板，其主平面與所述的 偏振分束器1出射的線偏振光的偏振方向成45°角。所述雙折射晶體平板2具有旋轉(zhuǎn)機(jī) 構(gòu)，使其可以在主截面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。所述偏振方向旋轉(zhuǎn)組件3的結(jié)構(gòu)如圖2所示，它是在四分之一波片31后表面鍍高 反射薄膜32而形成。所述四分之一波片31的快軸方向與所述雙折射晶體平板2的主平面 成45°角。被測波前經(jīng)過偏振分束器1后分為兩束偏振方向相互垂直的線偏振光，其中透射 光束的偏振方向與雙折射晶體平板2的主截面成45°夾角，該線偏光經(jīng)過雙折射晶體平板 2后被橫向剪切為兩束出射方向相互平行且偏振方向相互垂直的線偏振光。雙折射晶體平 板2出射的兩束線偏振光經(jīng)過偏振方向旋轉(zhuǎn)組件3后沿原路返回且各自的偏振方向旋轉(zhuǎn) 90°角。返回的兩束線偏振光經(jīng)過雙折射晶體平板2后其剪切量倍增，剪切量倍增后的兩 束線偏振光由偏振分束器1反射檢偏并產(chǎn)生干涉，兩干涉光束經(jīng)過變倍鏡組4后由圖像傳感器5探測，圖像傳感器5將干涉圖像對(duì)應(yīng)的電信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)6進(jìn)行采集、處理，可以得 到被測波前的信息。所述偏振橫向剪切干涉儀產(chǎn)生橫向剪切和光程差補(bǔ)償?shù)墓饴啡鐖D3所示，線偏振 光在雙折射晶體平板2中由于雙折射效應(yīng)分為偏振方向相互垂直的尋常光2ο和非常光2e， 尋常光2ο和非常光2e從雙折射晶體平板2出射后產(chǎn)生的剪切量為 其中d為所述雙折射晶體平板2的厚度，θ為入射光線在所述雙折射晶體平板2 的表面的入射角，η。為所述雙折射晶體平板2對(duì)尋常光的主折射率，ne為所述雙折射晶體 平板2對(duì)非常光的折射率。尋常光2ο和非常光2e從雙折射晶體平板2出射后產(chǎn)生的光程 差為 其中L2。是尋常光2o在所述雙折射晶體平板2中的光程，L2e是非常光2e在雙折 射晶體平板2中的光程。由于所述的四分之一波片31的后表面鍍有高反射膜32，所以垂直入射偏振方向 旋轉(zhuǎn)組件3的尋常光2ο和非常光2e沿原路返回。由于兩次通過四分之一波片31，尋常光 2o和非常光2e的偏振方向發(fā)生90°旋轉(zhuǎn)，即尋常光2ο和非常光2e分別變?yōu)榉浅９?oe 和尋常光2eo，該非常光2oe和尋常光2eo從雙折射晶體平板2出射后產(chǎn)生的剪切量為 非常光2oe和尋常光2eo從雙折射晶體平板2出射后的光程差為O OPD2 = L2oe-L2e^OPD1 = -OPD^OPD1 = O,(4)其中L2。e是非常光2oe在雙折射晶體平板2中的光程，L2eo是尋常光2eo在雙折 射晶體平板2中的光程。非常光2oe和尋常光2eo由偏振分束器1反射檢偏并產(chǎn)生干涉，由公式(3)可知 兩干涉光束之間的剪切量是入射角θ的單調(diào)函數(shù)，通過旋轉(zhuǎn)雙折射晶體平板2即可實(shí)現(xiàn)剪 切量的連續(xù)可調(diào)。由公式(4)可知兩干涉光束之間的光程差為零而與入射角θ無關(guān)，本實(shí) 用新型在調(diào)節(jié)剪切量的過程中滿足等光程干涉條件。
權(quán)利要求一種偏振橫向剪切干涉儀，特征在于由偏振分束器(1)、雙折射晶體平板(2)、偏振方向旋轉(zhuǎn)組件(3)、變倍鏡組(4)、圖像傳感器(5)和計(jì)算機(jī)(6)組成，其位置關(guān)系是沿入射光束行進(jìn)的方向依次為所述的偏振分束器(1)、雙折射晶體平板(2)和偏振方向旋轉(zhuǎn)組件(3)，在所述的偏振分束器(1)沿入射光束行進(jìn)的反方向的反射光路中依次設(shè)置所述的變倍鏡組(4)和圖像傳感器(5)，該圖像傳感器(5)的輸出端與所述的計(jì)算機(jī)(6)相連，所述雙折射晶體平板(2)的主平面與所述的偏振分束器(1)出射的線偏振光的偏振方向成45°角，所述偏振方向旋轉(zhuǎn)組件(3)是后表面鍍有高反射膜(32)的四分之一波片(31)，或是四分之一波片(31)和平面反射鏡的組合體，所述四分之一波片(31)的快軸方向與所述雙折射晶體平板(2)的主平面成45°角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振橫向剪切干涉儀，其特征在于所述的偏振分束器是鍍有 偏振分光膜的立方分束棱鏡，或具有分束功能的雙折射棱鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振橫向剪切干涉儀，其特征在于所述雙折射晶體平板(2) 具有使其在主截面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，該雙折射晶體平板(2)是光軸平行于其表面的單軸 晶體平板，或光軸垂直于其表面的單軸晶體平板。
專利摘要一種偏振橫向剪切干涉儀，由偏振分束器、雙折射晶體平板、偏振方向旋轉(zhuǎn)組件、變倍鏡組、圖像傳感器和計(jì)算機(jī)組成，其位置關(guān)系是沿入射光束行進(jìn)的方向依次為所述的偏振分束器、雙折射晶體平板和偏振方向旋轉(zhuǎn)組件，在所述的偏振分束器沿入射光束行進(jìn)的反方向的反射光路中依次設(shè)置所述的變倍鏡組和圖像傳感器，該圖像傳感器的輸出端與所述的計(jì)算機(jī)相連，所述雙折射晶體平板的主平面與所述的偏振分束器出射的線偏振光的偏振方向成45°角，所述偏振方向旋轉(zhuǎn)組件是后表面鍍有高反射膜的四分之一波片，所述四分之一波片的快軸方向與所述雙折射晶體平板的主平面成45°角。本實(shí)用新型干涉儀具有等光程干涉、剪切量可調(diào)等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01J9/02GK201622124SQ201020154278
公開日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者曾愛軍, 李凡月, 王劍波, 胡中華, 黃惠杰 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所