一种使用旋转径向光栅的斐索型同步移相干涉测试装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种使用旋转径向光栅的斐索型同步移相干涉测试装置，包括斐索型干涉光路部分和多普勒频移调谐移相部分，且斐索型干涉光路部分位于多普勒频移调谐移相部分的前端，其中斐索型干涉光路部分由激光器、扩束镜、分光镜、第一准直物镜、参考镜和测试镜依次排列组成；多普勒频移调谐移相部分包括第二准直物镜、电机、径向光栅、成像透镜和探测器依次排列组成，上述所有光学器件相对于基底同轴等高，即相对于光学平台或仪器底座同轴等高；本发明具有能够实现大口径光学元件在长腔长测试环境下的面形动态测量的优点，且成本较低。
【专利说明】一种使用旋转径向光栅的斐索型同步移相干涉测试装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及光干涉计量测试领域，特别是一种使用旋转径向光栅的斐索型同步移相干涉测试装置。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的发展，大型光学元件在天文、航天、能源等前沿科学领域逐渐得到广泛应用，越来越多的场合需要检测、校准大中型光学元件或光学系统。例如我国正在研制的神光高功率固体激光装置中有成千上万块大口径光学元件，根据应用需求，其中许多光学元件需在布儒斯特角或小角度下进行测量，此时，干涉腔长较长(大于2米)。又如对大口径天文望远镜中的主镜或长焦距透镜等进行测量时，干涉腔长也经常达到几米甚至更长。而这些应用场合对大口径光学元件的面形精度要求很高，因此，如何实现长腔长下大口径光学元件的高精度检测是保证镜面加工质量的关键，也是提高整个光学系统精度的关键。
[0003]移相干涉测试技术通过对干涉场的调制产生移相，再根据采集的若干幅移相干涉图恢复待测物理量，显著提升了干涉检测的精度和自动化程度，被广泛应用于光学元件面形和光学系统成像质量的评价。然而，环境扰动尤其是振动始终是移相干涉测试技术的主要误差源。同步移相干涉测试技术是目前抗振效果最好的干涉测试技术，该技术在瞬间同时采集三幅或三幅以上的移相干涉图，因此，环境扰动对这些干涉图的影响是相同的。
[0004]现有的同步移相方案一般都基于偏振移相原理，如专利《使用微透镜阵列的同步移相干涉测试方法及装置》(专利号:CN201110338856.6)中将干涉仪的参考光与测试光分为多路，每一路通过偏振器件(偏振片或波片)引入不同移相量，因此能够“瞬时”采集到所需的移相干涉图，避免了振动这类时变误差因素对干涉测量的影响，但是该方法采用泰曼型干涉仪结构，因为泰曼型结构中参考光与测试光共光路部分较少，容易在不同的光路中得到偏振方向正交的参考光与测试光实现偏振移相。而斐索型干涉仪由于其共光路特点，其参考光和测试光均含有P光和S光分量,不易分离,如何引入偏振移相成为难点。2008年，南京理工大学的徐晨等人提出一种基于电流调制半导体激光器的短相干光源、使用光栅分光的斐索型同步移相干涉仪，其博士论文《动态干涉测试技术与应用研究》中有详细描述。但是，该类方案均采用短相干光源实现光程差匹配，无法实现长腔长下的干涉测试。本发明所述的一种使用旋转径向光栅的斐索型同步移相干涉测试装置可以在长腔长测试环境下对大口径光学元件进行测试，弥补了在长腔长环境下测试大口径光学元件的空白。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种使用旋转径向光栅的斐索型同步移相干涉测试装置，能够实现大口径平面光学元件在长腔长下测量，测量精度高。
[0006]一种使用旋转径向光栅的斐索型同步移相测试装置，包括斐索型干涉光路部分和多普勒频移调谐移相部分，且斐索型干涉光路部分位于多普勒频移调谐移相部分的前端，其中斐索型干涉光路部分由激光器、扩束镜、分光镜、第一准直物镜、参考镜和测试镜依次排列组成；多普勒频移调谐移相部分包括第二准直物镜、电机、径向光栅、成像透镜和探测器依次排列组成，上述所有光学器件相对于基底同轴等高，即相对于光学平台或仪器底座同轴等闻;
激光器发出的光经扩束镜扩束，透过分光镜，再经过第一准直物镜准直成平行光，平行光入射到参考镜上，一部分反射后形成参考光，另一部分透过参考镜入射到测试镜上，反射后形成测试光，之后参考光和测试光沿原路反射回分光镜，经分光镜反射后进入后续的多普勒频移调谐移相部分中；
斐索型干涉光路部分得到的参考光和测试光经过第二准直物镜后准直成平行光，再经过旋转径向光栅形成O级和±1级衍射光，三束不同频率的衍射光以不同的角度入射到成像透镜上，经成像透镜成像在探测器像面的不同位置上。
[0007]经分光镜反射后的光线与第二准直物镜共光轴，并进入第二准直物镜；探测器是面阵CCD相机；电机控制径向光栅旋转,旋转面垂直于光轴。
[0008]本发明与现有技术相比，其显著优点为:
(1)相比于现有的同步移相干涉测试系统，本发明无需偏振调制，光学元件少，系统结构简单；
(2)能够实现大口径光学元件在长腔长下的面形测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为本发明使用旋转径向光栅的斐索型同步移相测试光路结构示意图。
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。
[0011]结合图1，一种使用旋转径向光栅的斐索型同步移相干涉测试装置由斐索型干涉光路部分12和多普勒频移调谐移相部分13两大部分组成，且斐索型干涉光路部分12位于多普勒频移调谐移相部分13的前端。
[0012]在斐索型干涉光路部分12中，各器件按前后顺序依次为:激光器1、扩束镜2、分光镜3、第一准直物镜4、参考镜5和测试镜6,所有器件相对于基底(光学平台或仪器底座)同轴等高。其工作过程为:激光器I发出的光经扩束镜2扩束，透过分光镜3，再经过第一准直物镜4准直成平行光，平行光入射到参考镜5上，一部分反射后形成参考光，另一部分透过参考镜5入射到测试镜6上，反射后形成测试光，之后参考光和测试光沿原路反射回分光镜3，经分光镜反射后进入后续的多普勒频移调谐移相部分13。
[0013]在多普勒频移调谐移相部分13中，各器件按前后顺序依次为:第二准直物镜7、电机8控制的高速旋转径向光栅9、成像透镜10和探测器11，所有器件相对于基底(光学平台或仪器底座)同轴等高。其工作过程为:斐索型干涉光路部分12得到的参考光和测试光经过第二准直物镜7后准直成平行光，再经过旋转径向光栅9形成O级和±1级衍射光(光栅设计时，抑制更高级次的光束)，三束不同频率的衍射光以不同的角度入射到成像透镜10上，经成像透镜10成像在探测器11像面的不同位置上。探测器11是面阵CXD相机。
【权利要求】
1.一种使用旋转径向光栅的斐索型同步移相干涉测试装置，其特征在于:包括斐索型干涉光路部分[12]和多普勒频移调谐移相部分[13]，且斐索型干涉光路部分[12]位于多普勒频移调谐移相部分[13]的前端，其中斐索型干涉光路部分[12]由激光器[I]、扩束镜[2]、分光镜[3]、第一准直物镜[4]、参考镜[5]和测试镜[6]依次排列组成；多普勒频移调谐移相部分[13]包括第二准直物镜[7]、电机[8]、径向光栅[9]、成像透镜[10]和探测器[11]依次排列组成，上述所有光学器件相对于基底同轴等高，即相对于光学平台或仪器底座同轴等高；激光器[I]发出的光经扩束镜[2]扩束，透过分光镜[3]，再经过第一准直物镜[4]准直成平行光，平行光入射到参考镜[5]上，一部分反射后形成参考光，另一部分透过参考镜[5]入射到测试镜[6]上，反射后形成测试光，之后参考光和测试光沿原路反射回分光镜[3]，经分光镜[3]反射后进入后续的多普勒频移调谐移相部分[13]中； 斐索型干涉光路部分[12]得到的参考光和测试光经过第二准直物镜[7]后准直成平行光，再经过旋转径向光栅[9]形成O级和±1级衍射光，三束不同频率的衍射光以不同的角度入射到成像透镜[10]上，经成像透镜[10]成像在探测器[11]像面的不同位置上。
2.根据权利要求1所述的使用旋转径向光栅的斐索型同步移相干涉测试装置，其特征在于:经分光镜[3]反射后的光线与第二准直物镜[7]共光轴，并进入第二准直物镜[7]。
3.根据权利要求1所述的使用旋转径向光栅的斐索型同步移相干涉测试装置，其特征在于:探测器[11]是面阵CCD相机。
4.根据权利要求1所述的使用旋转径向光栅的斐索型同步移相干涉测试装置，其特征在于:电机[8]控制径向光栅[9]旋转,旋转面垂直于光轴。
【文档编号】G01B9/02GK104075655SQ201310101855
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年3月27日 优先权日:2013年3月27日
【发明者】李建欣, 郭仁慧, 王小锋, 沈华, 马骏, 朱日宏, 陈磊, 何勇, 高志山, 王青, 季荣 申请人:南京理工大学