專(zhuān)利名稱：高倍全息位相差放大裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)測(cè)量裝置，特別是一種涉及弱位相畸變波面的全息位相差放大裝置，主要用于高精密光學(xué)元件的面形檢測(cè)、弱畸變波面的放大測(cè)試等等，測(cè)量精度可達(dá)到納米量級(jí)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種高倍全息位相差放大裝置，由波前記錄裝置和重構(gòu)裝置兩部分組成波前記錄裝置由激光光源、望遠(yuǎn)鏡、分束器、第一第二第三反射鏡、待測(cè)樣品和記錄介質(zhì)組成，其位置關(guān)系是激光光源發(fā)出的光束由望遠(yuǎn)鏡擴(kuò)束，經(jīng)分束器分成兩束光，反射出來(lái)的光束Wb經(jīng)樣品到達(dá)第三反射鏡反射到記錄介質(zhì)上，作為物波，透過(guò)分束器的光束Cb經(jīng)第一反射鏡和第二反射鏡也反射到記錄介質(zhì)上，是參考波，物波和參考波干涉后形成全息圖記錄記錄介質(zhì)上；重構(gòu)裝置包括氦-氖激光光源、望遠(yuǎn)鏡、第一第二半透半反鏡、第一第第二全反鏡、底片架、透鏡、光闌和接收器，氦-氖激光光源發(fā)射的光束，經(jīng)第一半透半反鏡)后，分成A、B兩束光，光束A經(jīng)第二全反鏡和第二半透半反鏡后，照明記錄介質(zhì)上的全息圖；光束B(niǎo)經(jīng)第一全反鏡和第二半透半反鏡后，也照明記錄介質(zhì)上的全息圖，A、B束分別被全息圖衍射，各自產(chǎn)生0級(jí)，±1，±M，±N......級(jí)衍射，分別調(diào)整第一和第二全反射鏡，讓A束在全息圖上產(chǎn)生的+M級(jí)(或-N級(jí))衍射波和B束在全息圖上產(chǎn)生的-N級(jí)衍射波，在透鏡的焦平面上重疊，再用光闌濾去非重疊部分，再由接收器接收。
所說(shuō)的激光光源(11)是一臺(tái)單模運(yùn)轉(zhuǎn)的He-Ne激光器，輸出功率為5mW。
所說(shuō)的望遠(yuǎn)鏡(12)是一臺(tái)放大100倍的擴(kuò)束系統(tǒng)。
所說(shuō)的分束器(13)是一塊反射率為50％的契形板。
所說(shuō)的記錄介質(zhì)選用全息干板。
本發(fā)明高倍全息位相差放大裝置的工作的原理可以說(shuō)明如下激光光源經(jīng)分束器分成兩束光，一束為物光Wb，另一束為參考光Cb。參考光Cb和物光Wb干涉形成的全息圖，記錄在全息干板上。
假設(shè)物波的歸一化復(fù)振幅為A(x，y)＝exp[ikψ1(x，y)]參考波的歸一化復(fù)振幅為B(x，y)＝exp[ikψ2(x，y)]其中，kψ1(x，y)和kψ2(x，y)分別為物波和參考波的位相因子。兩列波干涉后到達(dá)干板上的強(qiáng)度分布為I(x，y)＝1+cos{k[ψ1(x，y)-ψ2(x，y)]}式中ψ1＝ψ(x，y)+xsinθ0+δ0ψ2＝xsinθr+δrψ(x，y)為由物體產(chǎn)生的位相；θ0為物光束相對(duì)于干板法線方向的入射角；θr為參考光束相對(duì)于干板法線方向的入射角；δ0為物光到達(dá)干板時(shí)的光程；δr為參考光到達(dá)干板時(shí)的光程；k為波數(shù)。
當(dāng)全息圖記錄并顯影后，干板的透射率相對(duì)強(qiáng)度分布為T(mén)～exp{ik[ψ(x，y)+x(sinθ0-sinθr)+(δ0-δr)]}將拍攝好的全息干板，放在的底片架上進(jìn)行重構(gòu)。當(dāng)采用光學(xué)方法重構(gòu)時(shí)，+M級(jí)衍射像振幅為AM～exp{ik[Mψ(x，y)+xM(sinθ0-sinθr)+M(δ0-δr)+xsinθM+δM]}-N級(jí)衍射像振幅為A-N～exp{ik[-Nψ(x，y)-xN(sinθ0-sinθr)-N(δ0-δr)+xsinθ-N+δ-N]}讓重構(gòu)波照明全息圖，再讓重構(gòu)的共扼衍射波相互干涉，則有I～1+cos{k(M+N)[ψ(x，y)+(δ0-δr)]+k(δM-δ-N)}調(diào)整光路，使光程差k(M+N)(δ0-δr)+k(δM-δ-N)＝0則有I～1+cos[k(M+N)ψ(x，y)]，于是，位相差放大了(M+N)倍。
本發(fā)明與在先技術(shù)相比，有如下優(yōu)點(diǎn)1.由于測(cè)量分成記錄和放大兩步過(guò)程，可以測(cè)量某些常規(guī)測(cè)量方法所難以測(cè)量的快速變化量或瞬態(tài)量。
2.可將位相差進(jìn)行后期放大，在大大提高測(cè)量精度的同時(shí)，對(duì)拍攝全息圖所用的光學(xué)元件精度要求大為降低。
所說(shuō)的激光光源11是一臺(tái)單模運(yùn)轉(zhuǎn)的He-Ne激光器，輸出功率為5mW。
所說(shuō)的望遠(yuǎn)鏡12是一臺(tái)放大100倍的擴(kuò)束系統(tǒng)。
所說(shuō)的分束器13是一塊反射率為50％的契形板。
如上所述，首先將拍攝好的含有物體位相信息的全息圖3，在暗房中處理、吹干以后，放在圖2所示的底片架27上進(jìn)行光學(xué)重構(gòu)。重構(gòu)在光學(xué)馬赫-陳特爾干涉儀中進(jìn)行。由氦-氖激光光源21發(fā)射的波長(zhǎng)為632.8nm的光束，經(jīng)第一半透半反鏡23后，分成A、B兩束光。光束A經(jīng)全反鏡26和第二半透半反鏡25后，照明干板3上的全息圖；光束B(niǎo)經(jīng)第一全反鏡24和第二半透半反鏡25后，也照明干板3上的全息圖。
A、B束分別經(jīng)過(guò)全息圖衍射，各自產(chǎn)生0級(jí)、±1、±2、…±M、±N…級(jí)衍射，分別調(diào)整全反射鏡24、26，使A束經(jīng)全息圖3后產(chǎn)生的+M級(jí)(或-N級(jí))衍射波，和B束經(jīng)全息圖3后產(chǎn)生的-N級(jí)衍射波，在透鏡28的焦平面上重疊。用光闌29濾去非重疊部分，由接收器20接收。由上面技術(shù)方案中所述原理可知，A束產(chǎn)生的+M級(jí)衍射波和B束產(chǎn)生的-N級(jí)干涉后，位相差放大到原來(lái)的(M+N)倍，重復(fù)上述過(guò)程n次，則位相差放大2M+N倍。如果選擇M＝N＝25，只要重復(fù)一次就可以將位相差放大到λ/100。
這一技術(shù)可在高精密、大尺寸光學(xué)檢測(cè)中獲得廣泛應(yīng)用，可改變我國(guó)光學(xué)加工和測(cè)量工業(yè)依賴于國(guó)外進(jìn)口的落后狀態(tài)，從而促進(jìn)我國(guó)納米領(lǐng)域科技的發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
權(quán)利要求
1.一種高倍全息位相差放大裝置，由波前記錄裝置(1)和重構(gòu)裝置(2)兩部分組成，其特征在于波前記錄裝置(1)由激光光源(11)、望遠(yuǎn)鏡(12)、分束器(13)、第一第二第三反射鏡(14)、(15)、(16)、待測(cè)樣品(17)和記錄介質(zhì)3組成，其位置關(guān)系是激光光源(11)發(fā)出的光束由望遠(yuǎn)鏡(12)擴(kuò)束，經(jīng)分束器(13)分成兩束光，反射出來(lái)的光束Wb經(jīng)樣品(17)到達(dá)第三反射鏡(16)反射到記錄介質(zhì)(3)上，作為物波，透過(guò)分束器(13)的光束Cb經(jīng)第一第二反射鏡(14)和(15)也反射到記錄(3)上，是參考波，物波和參考波干涉后形成全息圖記錄記錄介質(zhì)(3)上；重構(gòu)裝置(2)包括氦-氖激光光源(21)、望遠(yuǎn)鏡(22)、第一第二半透半反鏡(23)、(25)、第一第二全反鏡(24)、(26)、底片架(27)、透鏡(28)、光闌(29)和接收器(20)，氦-氖激光光源(21)發(fā)射的光束，經(jīng)第一半透半反鏡(23)后，分成A、B兩束光，光束A經(jīng)第二全反鏡(26)和第二半透半反鏡(25)后，照明記錄介質(zhì)(3)上的全息圖；光束B(niǎo)經(jīng)第一全反鏡(24)和第二半透半反鏡(25)后，也照明記錄介質(zhì)(3)上的全息圖，A、B束分別被全息圖衍射，各自產(chǎn)生0級(jí)，±1，±M，±N......級(jí)衍射，分別調(diào)整第一全反射鏡(24)和第二全反射鏡(26)，讓A束在全息圖上產(chǎn)生的+M級(jí)(或-N級(jí))衍射波和B束在全息圖上產(chǎn)生的-N級(jí)衍射波，在透鏡(28)的焦平面上重疊，再用光闌(29)濾去非重疊部分，再由接收器(20)接收。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高倍全息位相差放大裝置，其特征在于所說(shuō)的激光光源(11、21)是一臺(tái)單模運(yùn)轉(zhuǎn)的He-Ne激光器，輸出功率為5mW。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高倍全息位相差放大裝置，其特征在于所說(shuō)的望遠(yuǎn)鏡(12、22)是一臺(tái)放大100倍的擴(kuò)束系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高倍全息位相差放大裝置，其特征在于所說(shuō)的分束器(13)是一塊反射率為50％的楔形板。
全文摘要
一種高倍全息位相差放大裝置，由波前記錄裝置和重構(gòu)裝置兩部分構(gòu)成，波前記錄裝置由激光光源、望遠(yuǎn)鏡、分束器、反射鏡、待測(cè)樣品和記錄介質(zhì)組成，重構(gòu)裝置包括氦－氖激光光源、望遠(yuǎn)鏡、半透半反鏡、全反鏡、底片架、透鏡、光闌和接收器，先利用波前記錄裝置拍攝好的含有物體位相信息的全息圖，在暗房中處理、吹干以后，放在重構(gòu)裝置的底片架上進(jìn)行光學(xué)重構(gòu)，經(jīng)一次或多次重構(gòu)可將位相差放大到λ/100，也就是說(shuō)可將波面的測(cè)量精度提高到納米量級(jí)。
文檔編號(hào)H01S3/00GK1431463SQ0311517
公開(kāi)日2003年7月23日 申請(qǐng)日期2003年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月27日
發(fā)明者高鴻奕, 陳建文, 謝紅蘭, 徐至展 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所