專利名稱：用于擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)波面像差檢測的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)波面像差檢測的裝置及方法。
背景技術(shù)：
激光器發(fā)出的光束雖然具有很好的方向性，但是仍然存在一定的發(fā)散角?，F(xiàn)有通常采用擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)來改善其方向性，即將擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)設(shè)置于激光前進的光路上，利用其壓縮激光器發(fā)出光束的發(fā)散角且擴大光束尺寸，此過程就稱為激光光束的擴束準(zhǔn)直。激光光束的擴束準(zhǔn)直在光學(xué)精密測量方面及光學(xué)成像方面均具有廣泛地應(yīng)用。在光學(xué)成像方面，激光擴束準(zhǔn)直是激光直寫光刻技術(shù)中的重要技術(shù)，激光光束經(jīng)過擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)后光波的像質(zhì)將直接影響到激光直寫的效果，即直接影響激光直寫光刻的成像性能，為此，必須對擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)的波面像差進行檢測、校正及控制，從而保證激光直寫光刻的高質(zhì)量的曝 光成像。目前，在光學(xué)檢測技術(shù)領(lǐng)域中，主要采用對背景環(huán)境和噪聲不敏感的橫向剪切干涉技術(shù)實現(xiàn)對擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)波面像差的檢測。本發(fā)明人于2011年6月24日申請的專利授權(quán)號為ZL201110174342. I的《一種擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)波面像差檢測裝置及方法》專利，其具有如下有益效果在一維位相光柵的相鄰?fù)腹獠糠衷O(shè)置不同的刻蝕深度使透過相鄰?fù)腹獠糠值墓獠ù嬖?80°相位差；同時，兩相鄰?fù)腹獠糠种g的非透光部分的寬度為p/6，透光部分的寬度為P/3，P為一維位相光柵的周期，使得一維位相光柵對擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)出射的光波進行橫向剪切后，不僅消除O級及偶數(shù)級衍射光，而且還消除±3級及±3的倍級衍射光對檢測的影響，所形成的干涉波光的能量主要集中在±1級衍射光波中從而提高了檢測精度。其次，本發(fā)明利用調(diào)節(jié)單元調(diào)節(jié)一維位相光柵A和一維位相光柵B的間距，對于檢測波面像差較小的擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)時，增大上述間距，以實現(xiàn)高檢測靈敏度；對于檢測波面像差較大的擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)時，減小上述間距，以實現(xiàn)較大的動態(tài)檢測范圍。因此本檢測裝置使用靈活，可適應(yīng)于不同的擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)。再次，相對于現(xiàn)有的擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)的波面像差檢測技術(shù)，本檢測裝置采用一維位相光柵作為剪切單元對光波進行剪切，并利用相移技術(shù)分別在X方向剪切干涉圖和y方向剪切干涉圖計算獲取波面像差，精度高、結(jié)構(gòu)簡單且成本低。但是，由于在該裝置中，需要對X，y兩個方向的剪切波面信息分別測量以獲得完整的擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)波面像差，即在完成X方向剪切波面信息測量后，需要分別對一維位相光柵A和一維位相光柵B進行90度旋轉(zhuǎn)操作以進行y方向剪切波面信息測量，此時，需要重新調(diào)節(jié)一維位相光柵A和一維位相光柵B以保證前述兩個光柵的線條方向平行，從而影響了檢測的速度。另外，由于一維位相光柵A和一維位相光柵B的間距決定了本發(fā)明裝置的剪切比，剪切比在一定程度上決定了波面檢測精度。在90度旋轉(zhuǎn)操作前后，由于旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)裝置的軸向跳動誤差，使得一維位相光柵A和一維位相光柵B之間的間距會發(fā)生變化，即X，y兩個方向的剪切波面信息測量是在不同剪切比下完成的，一定程度上影響了檢測的精度。由于前述兩點不足，還需要進一步提高該裝置波面檢測的速度和檢測精度高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種用于擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)波面像差檢測裝置及方法，采用本發(fā)明可以同時實現(xiàn)X，y方向的剪切波面信息測量，從而提高了檢測速度和檢測精度。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下—種用于擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)波面像差檢測裝置，包括剪切單元、調(diào)節(jié)單元、成像單元，光電探測單元、存儲單元以及信號處理單元；其中，剪切單元、成像單元與光電探測單元依次設(shè)置于擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)出射光束的光路上，剪切單元位于擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)與成像單元之間；首先設(shè)定擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)出射光束 的傳播方向為z軸，并以z軸建立左手坐標(biāo)系，則水平方向為X軸，豎直方向y軸。所述剪切單兀沿光路方向依次包括一維位相光柵A、一維位相光柵B、位相光柵C和位相光柵D ;所述剪切單元中四個光柵的光柵平面相互平行且與所述出射光束的光路垂直；其中，一維位相光柵A和一維位相光柵B的結(jié)構(gòu)相同，其上設(shè)有與X方向相互平行的光柵條紋組，所述光柵條紋組上光柵條紋的布設(shè)方式為相鄰?fù)腹獠糠衷O(shè)置不同的刻蝕深度，使透過相鄰?fù)腹獠糠值墓獠ù嬖?80°相位差；同時，兩相鄰?fù)腹獠糠种g的非透光部分的寬度為p/6,透光部分的寬度為p/3, P為一維位相光柵的周期,設(shè)定P ^ 16 β , β為光電探測單元的像元尺寸；其中，位相光柵C和位相光柵D的結(jié)構(gòu)相同，其上設(shè)有兩光柵條紋組，其中一光柵條紋組與X方向相互平行，另一光柵條紋組與I方向相互平行，且兩光柵條紋組互不相交；所述兩光柵條紋組的光柵條紋的布設(shè)方式與一維位相光柵的光柵條紋相同；調(diào)節(jié)單元分別與一維位相光柵Α、一維位相光柵B、位相光柵C和位相光柵D相連，用于控制一維位相光柵Α、一維位相光柵B、位相光柵C和位相光柵D的旋轉(zhuǎn)，以及控制位相光柵C和位相光柵D的位置移動；成像單元用于將剪切單元X、y方向剪切干涉產(chǎn)生的剪切干涉圖成像到光電探測單元上；光電探測單元與存儲單元相連，用于采集兩方向上的剪切干涉圖并傳輸給存儲單元;存儲單元與信號處理單元相連，用于存儲光電探測單元傳輸過來的兩方向上的剪切干涉圖，以及用于存儲信號處理單元傳輸過來的擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)的波面像差；信號處理單元用于根據(jù)存儲單元存儲的剪切干涉圖計算擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)的波面像差。本發(fā)明當(dāng)檢測波面像差較小的擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)時，調(diào)節(jié)單元增大位相光柵C與位相光柵D之間的距離；當(dāng)檢測波面像差較大的擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)時，調(diào)節(jié)單元減小位相光柵C與位相光柵D之間的距離。本發(fā)明所述存儲單元與光電探測單元以及信號處理單元之間可以采用藍牙或紅外進行通信。本發(fā)明所述信號處理單元根據(jù)剪切干涉圖進一步獲取擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)的波面曲率半徑和光波發(fā)射角，并傳輸給存儲單元進行存儲。
一種利用所述擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)波面像差檢測裝置的檢測方法，具體步驟為步驟一、調(diào)節(jié)單元旋轉(zhuǎn)一維位相光柵A、一維位相光柵B、位相光柵C和位相光柵D，使四者上I方向光柵的線條方向與X軸平行；步驟二、調(diào)節(jié)單元控制位相光柵D同時沿X方向和y方向移動，且依次移動0、p/4、p/2、3p/4的距離，成像單元依次成像對應(yīng)O、31 /2、>3ji/2相移的x方向和y方向剪切干涉圖和片，，并由光電探測單元探測接收；步驟三、根據(jù)X方向剪切干涉圖C，P!2, fg :和y方向剪切干涉圖 片卜P:,盡獲取擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)的波面像差。
有益效果本發(fā)明相對于現(xiàn)有的擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)的波面像差檢測技術(shù)，其在剪切單元中相光柵C和位相光柵D，使得本發(fā)明檢測裝置能夠同時測量X，y方向的剪切干涉圖的測量，且同時利用相移技術(shù)從X方向剪切干涉圖和y方向剪切干涉圖計算獲取波面像差，其具有高的檢測速度和檢測精度。其次，本發(fā)明利用調(diào)節(jié)單元調(diào)節(jié)位相光柵C和位相光柵D的間距，對于檢測波面像差較小的擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)時，增大上述間距，以實現(xiàn)高檢測靈敏度；對于檢測波面像差較大的擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)時，減小上述間距，以實現(xiàn)較大的動態(tài)檢測范圍。因此本檢測裝置使用靈活，可適應(yīng)于不同的擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)。


圖I為本發(fā)明檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明一維位相光柵A的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明一維位相光柵B的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明位相光柵C的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明位相光柵D的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明水平方向剪切波面示意圖。圖7為本發(fā)明豎直方向剪切波面示意圖101-激光光源、102-擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)、201-剪切單元、202-調(diào)節(jié)單元、203-成像單元、204-光電探測單元、205-存儲單元、206-信號處理單元。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明。首先設(shè)定擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)出射光束的傳播方向為z軸，并以z軸建立左手坐標(biāo)系，則水平方向為X軸，豎直方向y軸。本發(fā)明用于擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)波面像差檢測裝置，如圖I所示，包括剪切單元201、調(diào)節(jié)單元202、成像單元203、光電探測單元204、存儲單元205以及信號處理單元206 ;其中，剪切單元201、成像單元203與光電探測單元203依次設(shè)置于擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)出射光束的光路上，剪切單元201位于擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)與成像單元203之間。剪切單兀201包括一維位相光柵A、一維位相光柵B、位相光柵C和位相光柵D。一維位相光柵A、一維位相光柵B，位相光柵C和位相光柵D四個光柵平面相互平行且與所述出射光束的光路垂直；其中，一維位相光柵A和一維位相光柵B的結(jié)構(gòu)相同,其上設(shè)有與X方向相互平行的光柵條紋組，所述光柵條紋組上光柵條紋的布設(shè)方式為相鄰?fù)腹獠糠衷O(shè)置不同的刻蝕深度使透過相鄰?fù)腹獠糠值墓獠ù嬖?80°相位差；同時，兩相鄰?fù)腹獠糠种g的非透光部分的寬度為P/6，透光部分的寬度為p/3，p為一維位相光柵的周期；且為了保證光電探測單元203對剪切干涉圖的采樣，設(shè)定P > 16 β, β為光電探測單元203的像元尺寸。如圖2和3所示，黑色條紋表示非透光部分，白色條紋和灰色條紋表示透光部分；其中通過白色透光部分光線的相位為0°，通過灰色透光部分光線的相位為180°。對本發(fā)明所采用的一維位相光柵理論分析如下設(shè)X方向一維位相光柵的周期為P，透光部分的寬度為a，假設(shè)β = 其中，I為
設(shè)定常數(shù)?！?br> 則X方向一維位相光柵的復(fù)振幅透射系數(shù)f(x)可以表示為公式(I)/(X) =/,(X) ^ δ{—-ητ)(I)
W=- P
&χρ( θ) (I-/')<.vc^·其中，/tv)= Iρ_Ρ/,γ,ρ ，m為一維位相光柵衍射光的級次；
° “
0表示卷積運算，Θ表示灰色透光部分光線的相位，I表示位相光柵C和位相光柵D之間的距離。對公式(I)進行傅里葉變換得到X方向一維位相光柵的衍射光強度分布如公式
(2)
Γ π τ 4 I θ + ππι、. ,KmL ', r,、/ = — V —cos(-)sin(-)V 2 )
r m 22從公式(2)中可以看出當(dāng)相鄰?fù)腹獠糠值南辔徊瞀?=180°，此時一維位相光柵衍射的O級及所有偶數(shù)級次衍射光均消失；當(dāng)I = 2/3，即a = p/3時，一維位相光柵衍射的±3級及±3的倍級衍射光均消失，一維位相光柵將入射的光波主要衍射成±1級衍射光。因此采用上述設(shè)計得到的一維位相光柵可以將來自擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)的光波主要衍射成土 I級衍射光。位相光柵C和位相光柵D的結(jié)構(gòu)相同，其上設(shè)有兩光柵條紋組，其中一光柵條紋組與X方向相互平行，另一光柵條紋組與I方向相互平行，且兩光柵條紋組互不相交；所述兩光柵條紋組的光柵條紋的布設(shè)方式與一維位相光柵的光柵條紋相同；即位相光柵C中相鄰?fù)腹獠糠衷O(shè)置不同的刻蝕深度使透過相鄰?fù)腹獠糠值墓獠ù嬖?80°相位差；同時，兩相鄰?fù)腹獠糠种g的非透光部分的寬度為P/6，透光部分的寬度為p/3，P為一維位相光柵A的周期。位相光柵C的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。位相光柵D的結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。調(diào)節(jié)單元202與一維位相光柵A、一維位相光柵B、位相光柵C和位相光柵D分別相連，用于控制一維位相光柵A、一維位相光柵B、位相光柵C和位相光柵D的旋轉(zhuǎn)，以及控制位相光柵C和位相光柵D的位置移動。測量前，調(diào)節(jié)單元202旋轉(zhuǎn)一維位相光柵A、一維位相光柵B及位相光柵C和位相光柵D，使四者上的y方向光柵的線條方向都與X軸平行。擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)出射的光波經(jīng)過剪切單元201產(chǎn)生的X方向± I級衍射光干涉形成X方向的剪切干涉圖及y方向±1級衍射光干涉形成y方向的剪切干涉圖。調(diào)節(jié)單元202進一步控制位相光柵D同時沿X和y軸移動0、p/4、p/2、3p/4，成像單元203依次成像對應(yīng)O、Ji /2、π、3 π /2相移的X和γ方向剪切干涉圖片，仏W，巧/2和/f，并由光電探測單元204探測接收。為了適應(yīng)具有不同波面像差的擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)所述調(diào)節(jié)單元202可以進一步對位相光柵C與位相光柵D之間的距離I進行調(diào)節(jié)。當(dāng)檢測波面像差較小的擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)時，調(diào)節(jié)單元202通過增大所述距離1，實現(xiàn)提高所述檢測裝置的靈敏度。當(dāng)檢測波面像差較大的擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)時，調(diào)節(jié)單元202通過減小所述距離I，實現(xiàn)增大所述檢測裝置的動態(tài)檢測范圍。 上述提高靈敏度以及增大動態(tài)檢測范圍的具體理論論述如下剪切比是剪切干涉儀的一種重要參數(shù)，小的剪切比可以實現(xiàn)大的動態(tài)檢測范圍，大的剪切比又可以實現(xiàn)高的檢測靈敏度。所述剪切比為剪切量與擴束準(zhǔn)直系出射的光波的直徑之比,如公式(3)δ = s/D(3)其中，s為水平方向或豎直方向兩剪切干涉波面間的剪切量，D為準(zhǔn)直擴束系統(tǒng)102出射光束的直徑大小。本檢測裝置中剪切比如公式(4)δ =2Al/pD(4)其中，λ為激光光源發(fā)出光波的波長；1是位相光柵C與位相光柵D之間的距離。從公式中可以看出，在擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)102出射光束直徑D以及一維位相光柵A周期P —定時，則剪切比δ隨著位相光柵C與位相光柵D之間的距離I呈線性變化，從而實現(xiàn)剪切比δ的連續(xù)可調(diào)，從而本檢測裝置可以通過改變剪切比實現(xiàn)高的檢測靈敏度及大的檢測動態(tài)范圍。針對于大的剪切比可以實現(xiàn)高的檢測靈敏度的原理如下以X方向剪切干涉原理為例，假設(shè)來自擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)的光波的波面像差為《U，y)，則±1級衍射光干涉的位相差
可以表示為φ = 2π/χ + δΜ^}；)，其中20為±1級衍射光引入的載波位相，為X方向剪切干涉圖的載波頻率，^^為待測波面像差在X方向的微分。當(dāng)檢測的擴束準(zhǔn)直系
OX
統(tǒng)的波面像差W(x，y)在X方向上變化較小時，即^較小時，通過增大所述距離1，從而
r.v
增大一維位相光柵相移剪切干涉儀(本發(fā)明的檢測裝置為一種相移剪切干涉儀)的剪切比s，因此本發(fā)明檢測裝置通過增大剪切比s，實現(xiàn)對小像差的擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)的波面檢測，即提高本發(fā)明檢測裝置的檢測靈敏度。針對于小的剪切比可以實現(xiàn)大的動態(tài)檢測范圍的原理如下以X方向剪切干涉原理為例，假設(shè)來自擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)102的光波的波面像差為w(x，y)，則±1級衍射光干涉的
位相差可以表示為# = 20 +占^^，其中2； /^為±1級衍射光引入的載波位相，$為X方向剪切干涉圖的載波頻率，^^為待測波面像差在X方向的微分。當(dāng)檢測的擴束
OX
準(zhǔn)直系統(tǒng)的波面像差W (X，y)在X方向上變化較大時，即^^較大時，通過減小所述距離
OX
1，從而減小一維位相光柵相移剪切干涉儀的剪切比s，由于針對于每一剪切干涉儀，其所檢測的位相差的最大值是相對固定的，因此本發(fā)明檢測裝置通過減小剪切比s使得其具有大的動態(tài)檢測范圍。光電探測單元204與存儲單元205相連，用于采集剪切單元201產(chǎn)生的兩方向上的剪切干涉圖并傳輸給存儲單元205。當(dāng)來自擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)102的光波經(jīng)過剪切單元201后主要同時產(chǎn)生X方向的±1級衍射光和y方向的±1級衍射光。而且，X方向的±1級 衍射光和y方向的± I級衍射光在光電探測單元203處的重疊區(qū)域內(nèi)分別發(fā)生干涉。成像單元203依次成像對應(yīng)O、/2、π、3 π /2相移的X和y方向剪切干涉圖片，02，C，Pi/2和
，并由光電探測單元204探測接收。X方向剪切干涉示意圖如圖6所示，y方向剪切干涉示意圖如圖7所示。光電探測單元204將采集的剪切干涉圖傳輸給存儲單元205進行存儲，其中光電探測單元204與存儲單元205之間可以通過藍牙或紅外等無線的方式進行圖像傳輸。存儲單元205與信號處理單元206相連，用于存儲光電探測單元204傳輸過來的剪切干涉圖，以及用于存儲信號處理單元206傳輸過來的擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)的波面像差、波面曲率半徑以及激光發(fā)散角。信號處理單元206用于根據(jù)存儲單元205存儲的剪切干涉圖計算擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)的波面像差、波面曲率半徑以及激光發(fā)散角。根據(jù)波面像差與擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)失調(diào)量之間的靈敏度矩陣關(guān)系，獲得擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)的失調(diào)量，并根據(jù)此失調(diào)量值對擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)進行校正。同時可以根據(jù)波面曲率半徑對擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)的出射的光波進行判斷，例如當(dāng)波面曲率半徑為無窮大時，則判定擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)的出射光波為平行平面波。上述存儲單元205與光電探測單元204以及信號處理單元206之間可以采用藍牙或紅外進行通信。上述根據(jù)剪切干涉圖計算波面像差、波面曲率半徑以及激光發(fā)散角的方法如下步驟401、根據(jù)X方向剪切干涉圖tPUP傘及y方向剪切干涉圖P0\P^,P,Pll2，得到X方向的包裹位相Φ,和y方向的包裹位相φ〖,。利用位相展開技術(shù)對x、y方向的包裹位相Φ3ΡΦ〖,進行解包裹處理，獲得X方向差分位相和y方向的差分位相Φ5。步驟402、利用基于差分澤尼克的波面重構(gòu)技術(shù)對X，y方向的差分波位相Φχ和Oy進行重構(gòu)，此時可以獲得用37項澤尼克系數(shù)及其對應(yīng)澤尼克多項式的線性組合表示的待測波面，其中，37項澤尼克系數(shù)的大小表示波面像差。步驟403、利用波面像差中表示離焦像差的第4項澤尼克系數(shù)獲取曲率半徑為及發(fā)散角。假設(shè)擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)待測波面的直徑為I，離焦像差大小為σ，擴束準(zhǔn)直波面的曲率半徑為R，光波發(fā)散角為爐，則根據(jù)公式σ =1/21 和爐=之/^可以獲得擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)的波面曲率半徑為R及波面的發(fā)散角爐。一種運用上述擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)波面像差檢測裝置的檢測方法，具體步驟為
步驟一、調(diào)節(jié)單元202旋轉(zhuǎn)一維位相光柵A、一維位相光柵B、位相光柵C和位相光柵D，使四者上的y方向光柵(即為與X方向相互平行的光柵條紋組所組成的光柵)的線條方向都與X軸平行；步驟二、調(diào)節(jié)單元202進一步控制位相光柵D同時沿X方向和y方向移動，且依次移動O、p/4、p/2、3p/4的距離，成像單元203依次成像對應(yīng)O、π /2、π、3 π /2相移的χ方向和y方向剪切干涉圖片，仏和，并由光電探測單元204探測接收；步驟三、根據(jù)X方向剪切干涉圖C，P!2, fg :和y方向剪切干涉圖 乓2，Pr\每獲取擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)的波面像差。雖然結(jié)合了附圖描述了本發(fā)明的具體實施方式
，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，
在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些也應(yīng)視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)波面像差檢測裝置，包括剪切單元、調(diào)節(jié)單元、成像單元，光電探測單元、存儲單元以及信號處理單元；其中，剪切單元、成像單元與光電探測單元依次設(shè)置于擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)出射光束的光路上，剪切單元位于擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)與成像單元之間；其特征在于 設(shè)定擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)出射光束的傳播方向為Z軸,并以z軸建立左手坐標(biāo)系,則水平方向為X軸，豎直方向y軸； 所述剪切單兀沿光路方向依次包括一維位相光柵A、一維位相光柵B、位相光柵C和位相光柵D ;所述剪切單元中四個光柵的光柵平面相互平行且與所述出射光束的光路垂直；其中，一維位相光柵A和一維位相光柵B的結(jié)構(gòu)相同，其上設(shè)有與X方向相互平行的光柵條紋組，所述光柵條紋組上光柵條紋的布設(shè)方式為相鄰?fù)腹獠糠衷O(shè)置不同的刻蝕深度，使透過相鄰?fù)腹獠糠值墓獠ù嬖?80°相位差；同時，兩相鄰?fù)腹獠糠种g的非透光部分的寬度為p/6,透光部分的寬度為p/3,P為一維位相光柵的周期,設(shè)定P > 16β , β為光電探測單元的像元尺寸； 其中，位相光柵C和位相光柵D的結(jié)構(gòu)相同，其上設(shè)有兩光柵條紋組，其中一光柵條紋組與X方向相互平行，另一光柵條紋組與I方向相互平行，且兩光柵條紋組互不相交；所述兩光柵條紋組的光柵條紋的布設(shè)方式與一維位相光柵的光柵條紋相同； 調(diào)節(jié)單兀分別與一維位相光柵Α、一維位相光柵B、位相光柵C和位相光柵D相連,用于控制一維位相光柵Α、一維位相光柵B、位相光柵C和位相光柵D的旋轉(zhuǎn)，以及控制位相光柵C和位相光柵D的位置移動； 成像單元用于將剪切單元X、y方向剪切干涉產(chǎn)生的剪切干涉圖成像到光電探測單元上； 光電探測單元與存儲單元相連，用于采集兩方向上的剪切干涉圖并傳輸給存儲單元；存儲單元與信號處理單元相連，用于存儲光電探測單元傳輸過來的兩方向上的剪切干涉圖，以及用于存儲信號處理單元傳輸過來的擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)的波面像差； 信號處理單元用于根據(jù)存儲單元存儲的剪切干涉圖計算擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)的波面像差。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述用于擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)波面像差檢測裝置，其特征在于，當(dāng)檢測波面像差較小的擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)時，調(diào)節(jié)單元增大位相光柵C與位相光柵D之間的距離；當(dāng)檢測波面像差較大的擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)時，調(diào)節(jié)單元減小位相光柵C與位相光柵D之間的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述用于擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)波面像差檢測裝置，其特征在于，所述存儲單元與光電探測單元以及信號處理單元之間可以采用藍牙或紅外進行通信。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述用于擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)波面像差檢測裝置，其特征在于，所述信號處理單元根據(jù)剪切干涉圖進一步獲取擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)的波面曲率半徑和光波發(fā)射角，并傳輸給存儲單元進行存儲。
5.利用權(quán)利要求I 4中任意一項所述用于擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)波面像差檢測裝置的檢測方法，其特征在于，具體步驟為 步驟一、調(diào)節(jié)單元旋轉(zhuǎn)一維位相光柵A、一維位相光柵B、位相光柵C和位相光柵D，使四者上Y方向光柵的線條方向與X軸平行； 步驟二、調(diào)節(jié)單元控制位相光柵D同時沿X方向和y方向移動，且依次移動0、p/4、p/2、3p/4的距離，成像單元依次成像對應(yīng)O、31 /2、>3ji/2相移的x方向和y方向剪切干涉圖，并由光電探測單元探測接收； 步驟三 、根據(jù)X方向剪切干涉圖片，$2, .和y方向剪切干涉圖片’，爺2，C，茍獲取擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)的波面像差。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)波面像差檢測裝置及方法，該裝置包括剪切單元、調(diào)節(jié)單元、成像單元，光電探測單元、存儲單元以及信號處理單元；其中，剪切單元、成像單元與光電探測單元依次設(shè)置于擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)出射光束的光路上，剪切單元位于擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)與成像單元之間；所述剪切單元沿光路方向依次包括一維位相光柵A、一維位相光柵B、位相光柵C和位相光柵D；所述剪切單元中四個光柵的光柵平面相互平行且與所述出射光束的光路垂直；采用本發(fā)明可以同時實現(xiàn)x，y方向的剪切波面信息測量，從而提高了檢測速度和檢測精度。
文檔編號G01J9/02GK102879111SQ20121038201
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月10日
發(fā)明者劉克, 汪海, 李艷秋 申請人:北京理工大學(xué)