本技術(shù)涉及激光波前探測(cè)，特別是涉及一種基于外差剪切干涉的激光波前相位測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

1、光學(xué)干涉測(cè)量技術(shù)是利用光的干涉原理進(jìn)行非接觸測(cè)量的一種技術(shù)。常規(guī)的干涉測(cè)量裝置通常利用分光元件將光束分為兩束，一束光作為參考光，一束則作為探測(cè)光透射或者反射經(jīng)過(guò)被測(cè)物體，兩束光經(jīng)過(guò)不同的路徑最后在探測(cè)器上進(jìn)行疊加形成干涉圖樣。然而，由于參考光與探測(cè)光分別經(jīng)過(guò)不同的路徑和光學(xué)器件，任何一路光束受到熱擾動(dòng)或是機(jī)械振動(dòng)，對(duì)最終的干涉疊加圖樣都會(huì)產(chǎn)生巨大影響。因此該類干涉測(cè)量裝置往往對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求較高。

2、剪切干涉技術(shù)是一種自參考干涉技術(shù)，該技術(shù)利用簡(jiǎn)單的光學(xué)結(jié)構(gòu)或光學(xué)器件將待測(cè)激光波前分成兩束，其中一束相對(duì)另一束橫向或徑向移動(dòng)，兩束錯(cuò)位的光波各自保持完整的待測(cè)波前信息，相互疊加產(chǎn)生干涉。以最常見(jiàn)的橫向剪切干涉為例，將待測(cè)光波與其自身的錯(cuò)位光波進(jìn)行疊加干涉，相干的兩束光之間光程差很小，接近于等光程干涉，因而可適用于常規(guī)的相干光源與部分相干光源場(chǎng)景。由于兩束光通過(guò)相同的光學(xué)元件，外界振動(dòng)或是熱擾動(dòng)對(duì)兩束光波作用效果一致，可相互抵消，因此具有很強(qiáng)的抗干擾能力，并且其所需的光學(xué)元件也較少，光路結(jié)構(gòu)總體空間占用率也很低。

3、激光外差干涉技術(shù)利用電學(xué)、聲學(xué)、機(jī)械等移頻手段，使得信號(hào)光與參考光之間產(chǎn)生一個(gè)固定的頻率差，獲得隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)干涉條紋。激光外差干涉技術(shù)通過(guò)調(diào)制解調(diào)干涉信號(hào)獲得被測(cè)物理量，具有抗干擾性好、測(cè)量范圍大、測(cè)量精度及分辨率高等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于上述多種技術(shù)的結(jié)合，本實(shí)用新型的目的是提供一種基于外差剪切干涉的激光波前相位測(cè)量裝置。所述測(cè)量裝置包括光源系統(tǒng)，放大系統(tǒng)，外差剪切干涉系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)。所述的光源系統(tǒng)主體采用632.8nm氦氖激光器，所述的放大系統(tǒng)由半透半反鏡、顯微物鏡、待測(cè)平面、反射平面組成，所述的外差剪切干涉系統(tǒng)由凸透鏡、光柵、線性平移臺(tái)、步進(jìn)電機(jī)、光闌構(gòu)成，所述的圖像采集系統(tǒng)由cmos或ccd相機(jī)構(gòu)成，所述測(cè)量裝置如附圖一所示。

2、進(jìn)一步的為了更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，特別采用下述設(shè)置結(jié)構(gòu)：所述光源系統(tǒng)(1)主體采用632.8nm氦氖激光器。

3、進(jìn)一步的為了更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，特別采用下述設(shè)置結(jié)構(gòu)：所述放大系統(tǒng)由半透半反鏡(2a)、顯微物鏡(2b)、待測(cè)平面(2c)、反射平面(2d)組成。

4、進(jìn)一步的為了更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，特別采用下述設(shè)置結(jié)構(gòu)：所述半透半反鏡(2a)呈45°角放置，使光源系統(tǒng)(1)出射的激光反射進(jìn)入顯微物鏡(2b)。

5、進(jìn)一步的為了更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，特別采用下述設(shè)置結(jié)構(gòu)：所述光源系統(tǒng)(1)發(fā)出激光光束入射至半透半反鏡(2a)，其反射光束經(jīng)過(guò)顯微物鏡(2b)射至待測(cè)平面(2c)。

6、進(jìn)一步的為了更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，特別采用下述設(shè)置結(jié)構(gòu)：所述反射平面(2d)反射攜帶待測(cè)平面(2c)波前相位信息的光束，使其沿原光路返回，由顯微物鏡(2b)準(zhǔn)直后透過(guò)半透半反鏡(2a)。

7、進(jìn)一步的為了更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，特別采用下述設(shè)置結(jié)構(gòu)：所述外差剪切干涉系統(tǒng)(3)在放大系統(tǒng)(2)之后，由a凸透鏡(3a)、光柵(3b)、線性平移臺(tái)(3c)、步進(jìn)電機(jī)(3d)、光闌(3e)、b凸透鏡(3f)構(gòu)成。

8、進(jìn)一步的為了更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，特別采用下述設(shè)置結(jié)構(gòu)：所述a凸透鏡(3a)使光束匯聚，隨后經(jīng)過(guò)光柵(3b)產(chǎn)生多束衍射光。

9、進(jìn)一步的為了更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，特別采用下述設(shè)置結(jié)構(gòu)：所述光闌(3e)放置在a凸透鏡(3a)的焦平面處，以選取任意兩束不同級(jí)次的衍射光束。

10、進(jìn)一步的為了更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，特別采用下述設(shè)置結(jié)構(gòu)：所述光柵(3b)被放置在由步進(jìn)電機(jī)(3d)驅(qū)動(dòng)的線性平移臺(tái)(3c)上，并且線性平移臺(tái)(3c)的移動(dòng)路徑與光束的光軸垂直。由于光束與移動(dòng)的光柵(3b)的多普勒效應(yīng)，任意兩束不同級(jí)次的衍射光束有1hz到khz量級(jí)的頻率差。

11、進(jìn)一步的為了更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，特別采用下述設(shè)置結(jié)構(gòu)：所述b凸透鏡(3f)使兩束衍射光束成像至圖像采集系統(tǒng)(4)。

12、進(jìn)一步的為了更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，特別采用下述設(shè)置結(jié)構(gòu)：所述圖像采集系統(tǒng)(4)為cmos或ccd相機(jī)(4a)。

13、進(jìn)一步的為了更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，特別采用下述設(shè)置結(jié)構(gòu)：所述cmos或ccd相機(jī)(4a)放置位置使得任意兩束不同級(jí)次的衍射光束，在cmos或ccd相機(jī)(4a)靶面上有幾十像素的橫向位置差，兩光束進(jìn)行干涉，在cmos或ccd(4a)接收面上得到如(4b)所示的一系列條紋隨時(shí)間移動(dòng)的干涉圖。

14、綜上所述，本實(shí)用新型具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)：

15、本實(shí)用新型結(jié)合了外差和剪切干涉的優(yōu)點(diǎn)，利用普通商用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)光柵實(shí)現(xiàn)外差干涉的方式，進(jìn)一步降低的實(shí)驗(yàn)成本，兩光束經(jīng)過(guò)相同的光學(xué)元件使得光路緊湊、空間利用率高、抗干擾能力強(qiáng)。

技術(shù)特征：

1.一種基于外差剪切干涉的激光波前相位測(cè)量裝置，包括光源系統(tǒng)(1)，放大系統(tǒng)(2)，外差剪切干涉系統(tǒng)(3)和圖像采集系統(tǒng)(4)，其特征在于：所述的光源系統(tǒng)(1)由激光器構(gòu)成，所述的放大系統(tǒng)(2)由半透半反鏡(2a)、顯微物鏡(2b)、待測(cè)平面(2c)、反射平面(2d)組成，所述的外差剪切干涉系統(tǒng)(3)由a凸透鏡(3a)、光柵(3b)、線性平移臺(tái)(3c)、步進(jìn)電機(jī)(3d)、光闌(3e)、b凸透鏡(3f)構(gòu)成，所述的圖像采集系統(tǒng)(4)由cmos或ccd(4a)相機(jī)構(gòu)成。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于外差剪切干涉的激光波前相位測(cè)量裝置，其特征在于：所述的光源系統(tǒng)(1)通常采用632.8nm的氦氖激光器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于外差剪切干涉的激光波前相位測(cè)量裝置，其特征在于：光源系統(tǒng)(1)出射的激光光束首先進(jìn)入放大系統(tǒng)(2)，其以45°入射至半透半反鏡(2a)，其反射光束經(jīng)過(guò)顯微物鏡(2b)射至待測(cè)平面(2c)，攜帶待測(cè)平面(2c)波前相位信息的光束，經(jīng)過(guò)反射平面(2d)反射并沿原光路返回，由顯微物鏡(2b)準(zhǔn)直后透過(guò)半透半反鏡(2a)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于外差剪切干涉的激光波前相位測(cè)量裝置，其特征在于：光束經(jīng)過(guò)放大系統(tǒng)(2)之后進(jìn)入外差剪切干涉系統(tǒng)(3)，首先經(jīng)過(guò)a凸透鏡(3a)使光束匯聚，隨后經(jīng)過(guò)光柵(3b)產(chǎn)生多束衍射光，在a凸透鏡(3a)的焦平面處放光闌(3e)，以選取任意兩束不同級(jí)次的衍射光束，光柵(3b)被放置在由步進(jìn)電機(jī)(3d)驅(qū)動(dòng)的線性平移臺(tái)(3c)上，并且線性平移臺(tái)(3c)的移動(dòng)路徑與光束的光軸垂直，由于光束與移動(dòng)的光柵(3b)的多普勒效應(yīng)，任意兩束不同級(jí)次的衍射光束的頻率之間，有1hz到khz量級(jí)的頻率差。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于外差剪切干涉的激光波前相位測(cè)量裝置，其特征在于：所述的圖像采集系統(tǒng)(4)中cmos或ccd(4a)相機(jī)放置在最后，并且其放置位置使得選取的任意兩束不同級(jí)次的衍射光束，在cmos或ccd(4a)靶面上有如(4b)所示的兩光束進(jìn)行干涉，在cmos或ccd(4a)接收面上得到一系列條紋隨時(shí)間移動(dòng)的干涉圖。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)公開(kāi)了一種基于外差剪切干涉的激光波前相位測(cè)量裝置。所述裝置包括光源系統(tǒng)，放大系統(tǒng)，外差剪切干涉系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)。所述的光源系統(tǒng)出射激光光束反射至被測(cè)平面，攜帶被測(cè)平面相位信息的光束經(jīng)由放大系統(tǒng)，再經(jīng)過(guò)外差剪切干涉系統(tǒng)進(jìn)行自參考外差干涉，最后經(jīng)過(guò)圖像采集系統(tǒng)進(jìn)行采集。本技術(shù)較于常規(guī)激光波前探測(cè)方案有著更緊湊的結(jié)構(gòu)、更低的實(shí)現(xiàn)成本，相較于常規(guī)干涉測(cè)量裝置有著更高穩(wěn)定性、準(zhǔn)確度。

技術(shù)研發(fā)人員：馮國(guó)英,朱曉麗,王鵬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：四川大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：20240319
技術(shù)公布日：2024/12/19