专利名称：高倍全息位相差放大装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光学测量装置，特别是一种涉及弱位相畸变波面的全息位相差放大装置，主要用于高精密光学元件的面形检测、弱畸变波面的放大测试等等，测量精度可达到纳米量级。
背景技术：
目前，在国内外光学工业界，测量波面的方法是干涉法，可测精度达到λ/30(λ为测量光的波长)，而实际需要达λ/100或更短，也就是纳米级。在某种程度上，它制约了光学加工所能达到的水平，国内差不多所有高质量的干涉仪都是从国外进口。高精密的波面测试装置在我国的工业、国防、科研等领域有重大的市场需求。
发明内容
本实用新型要解决的问题在于提供一种高倍全息位相差放大装置，用以高精度地检测大面积的光学平面、球面及由应力所引起的畸变波面，精度优于在先技术几十倍到两个数量级以上。
本实用新型的技术解决方案如下一种高倍全息位相差放大装置，由波前记录装置和重构装置两部分组成波前记录装置由激光光源、望远镜、分束器、第一第二第三反射镜、待测样品和记录介质组成，其位置关系是激光光源发出的光束由望远镜扩束，经分束器分成两束光，反射出来的光束Wb经样品到达第三反射镜反射到记录介质上，作为物波，透过分束器的光束Cb经第一第二反射镜也反射到记录介质上，是参考波，物波和参考波干涉后形成全息图记录在记录介质上；重构装置包括氦-氖激光光源、望远镜、第一第二半透半反镜、第一第二全反镜、底片架、透镜、光阑和接收器，氦-氖激光光源发出的光束，经第一半透半反镜后，分成A、B两束光，光束A经第二全反镜和第二半透半反镜后，照明记录介质上的全息图；光束B经第一全反镜和第二半透半反镜，也照明记录介质上的全息图，A、B光束分别被全息图衍射，各自产生0级、±1、±M、±N…级衍射，分别调整第一全反射镜和第二全反镜，让A光束经全息图产生的+M级衍射波和B光束经全息图后产生的-N级衍射波在透镜的焦平面上重叠，用光阑滤去非重叠部分，由接收器接收。
所说的激光光源是一台单模运转的He-Ne激光器，输出功率为5mW。
所说的望远镜是一台放大100倍的扩束系统。
所说的分束器是一块反射率为50％的楔形板。
本实用新型高倍全息位相差放大装置的工作原理可以说明如下激光光源发出的激光经分束器分成两束光，一束为物光Wb，另一束为参考光Cb。参考光Cb和物光Wb干涉形成的全息图，记录在全息干板上。
假设物波的归一化复振幅为A(x，y)＝exp[ikψ1(x，y)]参考波的归一化复振幅为B(x，y)＝exp[ikψ2(x，y)]其中，kψ1(x，y)和kψ2(x，y)分别为物波和参考波的位相因子。两列波干涉后到达干板上的强度分布为I(x，y)＝1+cos{k[ψ1(x，y)-ψ2(x，y)]}式中ψ1＝ψ(x，y)+xsinθ0+δ0ψ2＝xsinθr+δrψ(x，y)为由物体产生的位相；θ0为物光束相对于干板法线方向的入射角；θr为参考光束相对于干板法线方向的入射角；δ0为物光到达干板时的光程；δr为参考光到达干板时的光程；k为波数。
当全息图记录并显影后，干板的透射率相对强度分布为T～exp{ik[ψ(x，y)+x(sinθ0-sinθr)+(δ0-δr)]}将拍摄好的全息干板8，放在图1(b)所示的底片架10上进行重构。当采用光学方法重构时，+M级衍射像振幅为AM～exp{ik[Mψ(x，y)+xM(sinθ0-sinθr)+M(δ0-δr)+xsinθM+δM]}-N级衍射像振幅为A-N～exp{ik[-Nψ(x，y)-xN(sinθ0-sinθr)-N(δ0-δr)+xsinθ-N+δ-N]}让重构波照明全息图，再让重构的共扼衍射波相互干涉，则有I～1+cos{k(M+N)[ψ(x，y)+(δ0-δr)]+k(δM-δ-N)}调整光路，使光程差k(M+N)(δ0-δr)+k(δM-δ-N)＝0
则有I～1+cos[k(M+N)ψ(x，y)]，于是，位相差放大了(M+N)倍。
本实用新型与在先技术相比，有如下优点1.由于测量分成记录和放大两步过程，可以测量某些常规测量方法所难以测量的快速变化量或瞬态量。
2.可将位相差进行后期放大，在大大提高测量精度的同时，对拍摄全息图所用的光学元件精度要求大为降低。
图1为本实用新型高倍全息位相差放大装置的波前记录装置示意图。
图2为本实用新型高倍全息位相差放大装置的重构装置示意图。
具体实施方式
先请参阅图1和图2，本实用新型高倍全息位相差放大装置，由波前记录装置1和重构装置2两部分组成波前记录装置1由激光光源11、望远镜12、分束器13、反射镜14、15、16、待测样品17和记录介质3组成，其位置关系是激光光源11发出的光束由望远镜12扩束，经分束器13分成两束光，反射出来的光束Wb经样品17到达反射镜16反射到记录介质3上，作为物波，透过分束器13的光束Cb经反射镜14和15也反射到记录介质3上，是参考波，物波和参考波干涉后形成全息图记录在记录介质3上；重构装置2包括氦-氖激光光源21、望远镜22、半透半反镜23、25、全反镜24、26、底片架27、透镜28、光阑29和接收器20，氦-氖激光光源21发出的光束，经第一半透半反镜23后，分成A、B两束光，光束A经全反镜26和第二半透半反镜25后，照明记录介质3上的全息图；光束B经第一全反镜24和第二半透半反镜25后，也照明记录介质3上的全息图，A、B光束分别被全息图衍射，各自产生0级、±1、±M、±N…级衍射，分别调整第一全反射镜24和第二全反镜26，让A光束经全息图产生的+M级衍射波和B光束经全息图后产生的-N级衍射波在透镜28的焦平面上重叠，用光阑29滤去非重叠部分，由接收器20接收。
所说的激光光源11、21是一台单模运转的He-Ne激光器，输出功率为5mW。
所说的望远镜12、22是一台放大100倍的扩束系统。
所说的分束器13是一块反射率为50％的楔形板。
如上所述，首先将拍摄好的含有物体位相信息的全息图3，在暗房中处理、吹干以后，放在图2所示的底片架27上进行光学重构。重构在光学马赫-陈特尔干涉仪中进行。由氦--氖激光光源21发射的波长为632.8nm的光束，经第一半透半反镜23后，分成A、B两束光。光束A经全反镜26和第二半透半反镜25后，照明干板3上的全息图；光束B经第一全反镜24和第二半透半反镜25后，也照明干板3上的全息图。
A、B束分别经过全息图衍射，各自产生0级、±1、±M、±N…级衍射，分别调整全反射镜24、26，使A束经全息图3后产生的+M级(或-N级)衍射波，和B束经全息图3后产生的-N级衍射波，在透镜28的焦平面上重叠。用光阑29滤去非重叠部分，由接收器20接收。由上面技术方案中所述原理可知，A束产生的+M级衍射波和B束产生的-N级干涉后，位相差放大到原来的(M+N)倍，重复上述过程n次，则位相差放大2M+N倍。如果选择M＝N＝25，只要重复一次就可以将位相差放大到λ/100。
这一技术可在高精密、大尺寸光学检测中获得广泛应用，可改变我国光学加工和测量工业依赖于国外进口的落后状态，从而促进我国纳米领域科技的发展和国民经济的发展。
权利要求1.一种高倍全息位相差放大装置，由波前记录装置(1)和重构装置(2)两部分组成，其特征在于波前记录装置(1)由激光光源(11)、望远镜(12)、分束器(13)、第一第二第三反射镜(14)、(15)、(16)、待测样品(17)和记录介质(3)组成，其位置关系是激光光源(11)发出的光束由望远镜(12)扩束，经分束器(13)分成两束光，反射出来的光束Wb经样品(17)到达第三反射镜(16)反射到记录介质(3)上，作为物波，透过分束器(13)的光束Cb经第一第二反射镜(14)和(15)也反射到记录介质(3)上，是参考波，物波和参考波干涉后形成全息图记录在记录介质(3)上；重构装置(2)包括氦-氖激光光源(21)、望远镜(22)、第一第二半透半反镜(23)、(25)、第一第二全反镜(24)、(26)、底片架(27)、透镜(28)、光阑(29)和接收器(20)，氦-氖激光光源(21)发出的光束，经第一半透半反镜(23)后，分成A、B两束光，光束A经第二全反镜(26)和第二半透半反镜(25)后，照明记录介质(3)上的全息图；光束B经第一全反镜(24)和第二半透半反镜(25)后，也照明记录介质(3)上的全息图，A、B光束分别被全息图衍射，各自产生0级、±1、±M、±N…级衍射，分别调整第一全反射镜(24)和第二全反镜(26)，让A光束经全息图产生的+M级衍射波和B光束经全息图后产生的-N级衍射波在透镜(28)的焦平面上重叠，用光阑(29)滤去非重叠部分，由接收器(20)接收。
2.根据权利要求1所述的高倍全息位相差放大装置，其特征在于所说的激光光源(11、21)是一台单模运转的He-Ne激光器，输出功率为5mW。
3.根据权利要求1所述的高倍全息位相差放大装置，其特征在于所说的望远镜(12、22)是一台放大100倍的扩束系统。
4.根据权利要求1所述的高倍全息位相差放大装置，其特征在于所说的分束器(13)是一块反射率为50％的楔形板。
专利摘要一种高倍全息位相差放大装置，由波前记录装置和重构装置两部分构成，波前记录装置由激光光源、望远镜、分束器、反射镜、待测样品和记录介质组成，重构装置包括氦－氖激光光源、望远镜、半透半反镜、全反镜、底片架、透镜、光阑和接收器，先利用波前记录装置拍摄好的含有物体位相信息的全息图，在暗房中处理、吹干以后，放在重构装置的底片架上进行光学重构，经一次或多次重构可将位相差放大到λ/100，也就是说可将波面的测量精度提高到纳米量级。
文档编号G03H1/04GK2611869SQ0322859
公开日2004年4月14日 申请日期2003年1月27日 优先权日2003年1月27日
发明者高鸿奕, 陈建文, 谢红兰, 徐至展 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所