保存的干涉信号Ι χ1、Ιχ2、…、IxJ+算得到X方向的差分波前AWx;
[0055] ②y方向剪切干涉测量：
[0056] 通过计算机9控制，将第一空间光调制器4设置为X方向光栅，即光栅线条411和 412沿X方向，光栅周期设置为步骤1计算得到的值p ;通过计算机9编程控制，将第二空间 光调制器6设置为沿y方向的双窗口掩模，即两窗口 611、612中心连线平行于y轴，两窗口 611、612中心之间的距离设置为步骤1计算得到的值Λ，并使光轴处于两窗口 611、612连 线的中心；由光电探测器8探测干涉光强信号Iyl，并将Iyl传入计算机9保存；计算机9控 制第一空间光调制器光栅4,使其沿+y (或-y)方向平移，平移量为所述的Λ p，由光电探测 器8探测干涉光强信号Iy2，并将Iy2传入计算机9保存；上述相移、干涉图探测、保存的步骤 进行η次，η为相移算法的相移步数，最终计算机9保存η幅相移干涉图I yl、Iy2、…、Iyn;通 过相移算法，由计算机9计算通过保存的干涉信号I yl、Iy2、…、、计算得到y方向的差分 波前AWy;
[0057] ③波前重建：
[0058] 由所述的X方向差分波前AWx和y方向的差分波前AWy通过波前重建算法重建 出待测波前W，所述的波前重建算法可以是模式法或者区域法，对待测波前W消除系统误差 后，即可得到待测光学系统的波像差。
[0059] 下面给一个实施例的具体参数：
[0060] 光源采用He-Ne激光器，波长为632. 8nm，剪切率设置为1. 5%，待测光学系统像方 数值孔径为〇. 3,像方分辨率为1. 05 μ m，放大倍率为1/4,物方数值孔径为0. 075,物方分 辨率为4. 2 μ m，物方小孔掩模上的透光小孔的直径设置为1 μ m，基板厚度为100nm，材料为 铬，第一空间光调制器和第二空间光调制均选用中科院西安光机所研发的振幅型透射式空 间光调制器，型号为TSLM029-A，像素尺寸为18 μ m，像素数为1024X 768,第一空间光调制 的光栅周期为144 μ m，即8个像素，第二空间光调制器两窗口中心之间的距离为90 μ m，即 5个像素，两窗口为方形窗口，边长为18 μm，即1个像素为1窗口，干涉条纹数为20,第一 空间光调制器和第二空间光调制器之间的距离为l〇mm，实验采用三步相移算法，每步相移 量31/2，计算公式为4 9=1&一[(/|-/3)/(2/2-/ |-/3)],么(?为待测相位分布，11、12、1 3为三次相移 得到的干涉图强度分布，光栅每一步移动距离P/8,即18 μ m，，二维光电探测器为像素数为 1024X768 的 CCD。
[0061] 与在先技术相比，本发明抑制0级与高级衍射光效果好，测量精度更高，且系统灵 活，改变剪切率和剪切方向时不需要移动或旋转光学元件。
【主权项】
1. 一种数字相移横向剪切干涉仪，其特征在于该干涉仪包括光源（I)，沿该光源（1)输 出光束方向依次是小孔掩模（2)、第一空间光调制器（4)、第二空间光调制器（6)和二维光 电探测器（8)，该二维光电探测器（8)的输出端与计算机（9)的输入端相连；所述的第一空 间光调制器（4)和第二空间光调制器（6)分别置于第一三维位移台（5)和第二三维位移台 ⑵上；所述的第一空间光调制器⑷和第二空间光调制器（6)的输入端分别与计算机（9) 的输出端相连； 所述的小孔掩模（2)是一块方形的遮光板，在该遮光板的中心有一个透光的小孔 (21)，该透光小孔（21)的直径小于待测光学系统（3)的物方分辨率； 所述的第一空间光调制器（4)为透射式空间光调制器，受计算机（9)控制产生数字光 栅，作为剪切分光器件，将待测波前衍射为多级衍射光，进行X方向剪切测量时，剪切光栅 的线条沿y方向分布，包含透光部分（401)和不透光部分（402);进行y方向剪切测量时， 剪切光栅的线条沿X方向，包含透光部分（411)和不透光部分（412); 所述的第二空间光调制器（6)为透射式空间光调制器，受计算机（9)控制产生双窗口 掩模，作为空间滤波器，滤除〇级与2级以上的高级衍射光，进行X方向剪切测量时，双窗口 掩模的中心连线沿X方向，包含两个透光窗口（501、502)，其他部分设置为不透光，进行y方 向剪切测量时，双窗口掩模中心连线沿y方向，包含两个透光窗口（511、512)，其他部分设 置为不透光。
2. 根据权利要求1所述的数字相移横向剪切干涉仪，其特征在于所述的二维光电传感 器（8)是(XD、CMOS或二维光电探测器阵列。
3. 利用权利要求1所述的数字相移横向剪切干涉仪对光学系统波像差的测量方法，其 特征在于该方法包含以下步骤： 1) 计算干涉仪系统参数： 设定干涉仪的剪切率s，剪切率s -般在1 %~20%之间取值，对于高精度的波像差测 量，一般在1 %到5%之间取值，设定干涉仪的干涉条纹数量N，一般在20~100之间取值； 根据设定的剪切率s，待测光学系统（3)的像方数值孔径NA和光源（1)的波长X，按公式 p = AAsXNA)计算出第一空间光调制器（4)的光栅周期p ;根据设定的干涉条纹数N，光 栅周期P及待测光学系统（3)的像方数值孔径NA，按公式d = NXp/NA计算第一空间光调 制器⑷和第二空间光调制器（6)之间的距离d;由第一空间光调制器⑷的光栅周期p、 光源⑴的波长A、第一空间光调制器⑷和第二空间光调制器（6)之间的距离d，按公式 A = 2d A/p计算第二空间光调制器（6)双窗口掩模两窗口中心之间的距离A ;根据拟采 用的相移算法及每步的相移量A 按公式Ap = pXA?/4 计算每步相移的光栅线条 移动量Ap ; 2) 调整干涉仪系统： 将待测光学系统（3)置于小孔掩模（2)和第一空间光调制器（4)之间，调整待测光学 系统（3)，使小孔掩模⑵处于待测光学系统（3)的物面，所述的小孔掩模⑵的透光小孔 (21)的中心位于干涉仪的光轴上，调整第二空间光调制器（6)的位移台（7)，使第二空间光 调制器（6)的表面垂直于光轴，并处于待测光学系统（3)的像面，调整第一空间光调制器 (4)的位移台（5)，使第一空间光调制器⑷的表面垂直于光轴且与第二空间光调制器（6) 之间的距离为d; 3)光学系统波像差测量： ① X方向剪切干涉测量： 通过计算机（9)控制，使第一空间光调制器（4)为7方向光栅，即光栅线条（401、402) 沿y方向，光栅周期设置为所述的P ;通过计算机（9)控制，使第二空间光调制器（6)为沿X 方向的双窗口掩模，即两窗口（601、602)的中心连线平行于X轴，两窗口（601、602)中心之 间的距离为所述的△，并使光轴处于两窗口（601、602)中心连线的中心；开启光源（1)，由 光电探测器（8)探测干涉光强信号I xl，该Ixl传入计算机（9)保存；计算机（9)控制第一空 间光调制器光栅（4)，使其沿+X或-X方向平移，平移量为所述的Ap，由光电探测器（8)探 测干涉光强信号I x2，并将Ix2传入计算机（9)保存；共重复n次，n为相移算法的相移步数， 最终计算机（9)保存n幅干涉光强信号I xl、Ix2、…、Ixn;通过相移算法，由计算机（9)通过 干涉光强信号I xl、Ix2、…、Ixn,计算，得到X方向的差分波前AWx; ② y方向剪切干涉测量： 通过计算机（9)控制，将第一空间光调制器（4)设置为X方向光栅，即光栅线条（411、 412)沿X方向，光栅周期设置为p ;通过计算机（9)控制，将第二空间光调制器（6)设置为 沿y方向的双窗口掩模，即两窗口（611、612)中心连线平行于y轴，两窗口（611、612)中心 之间的距离设置为A，并使光轴处于两窗口（611、612)连线的中心；由光电探测器（8)探 测干涉光强信号I yl，并将Iyl传入计算机（9)保存；计算机（9)控制第一空间光调制器光栅 (4)，使其沿+y或-y方向平移，平移量为所述的Ap，由光电探测器（8)探测干涉光强信号 Iy 2，并将Iy2传入计算机（9)保存；重复n次，n为相移算法的相移步数，由计算机（9)通过 相移算法，计算干涉信号I yl、Iy2、…、Iyn，得到y方向的差分波前AWy; ③ 波前重建： 由所述的X方向差分波前△ WdP y方向的差分波前AWy，通过波前重建算法重建出待 测波前W，对待测波前W消除系统误差，得到待测光学系统的波像差。
4.根据权利要求3所述的光学系统波像差测量方法，其特征在于所述的波前重建算法 可以是模式法或者区域法。
【专利摘要】一种数字相移横向剪切干涉仪及光学系统波像差测量方法，该干涉仪由光源、小孔掩模、第一空间光调制器、第二空间光调制器、二维光电探测器及计算机组成，通过计算机编程将第一空间光调制器设置为光栅，作为剪切分光器件，将第二空间光调制器设置为双窗口掩模，作为滤波器件，滤除0级与2级以上高级衍射光，使参与干涉的仅有+1级和-1级衍射光。本发明解决了高级衍射光参与干涉问题的同时，具有不需要更换或旋转任何器件实现剪切方向可变、剪切率可调的优点，系统更灵活。
【IPC分类】G01J9-02
【公开号】CN104807548
【申请号】CN201510216017
【发明人】戴凤钊, 王向朝, 唐锋
【申请人】中国科学院上海光学精密机械研究所
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月30日