能同时输出偏振方向正交的双频条纹的迈克尔逊干涉仪系统及同时输出方法与流程

本发明涉及光电测试技术领域，具体涉及能同时输出偏振方向正交的双频条纹的迈克尔逊干涉仪系统及同时输出偏振方向正交的双频条纹的方法。

背景技术：

利用基于相位测量原理的莫尔条纹技术对三维物体进行形貌测量是一种常用的光电测试方法。为了对相位测量法中通过反正切函数运算得到的对2π卷叠的不连续相位进行相位去包裹（叠相还原），采用投影不同栅距的双频栅到被测形貌上，获得两幅包裹相位图，再经各点独立处理获得去包裹的绝对相位，以得到被测形貌的真实高度分布，是一种能测量高度上有突变物体的面形的有效方法。但目前投影双频栅到被测形貌上的变精度测量去包裹法普遍是在时域中进行的，即分时投影不同栅距的两种光栅到被测形貌上，得到两幅不同精度的相位图，以低精度相位图为参考，根据两个条纹之间的频率关系，对高精度的相位图进行去包裹处理，不具备实时测量被测形貌动态形变的能力。能同时投影双频栅可进行动态形变测量能力的方法仅见于在文献（施展，赵宏，张璐.基于双频彩色条纹投影的相位测量去包裹方法[j].光学学报，2007，27（3）：461-465.）中提出的采用计算机生成一帧双频双色正弦条纹图，用液晶数字投影仪投影，并用傅里叶变换的方法对两个单色条纹图进行分析，从而进行变精度去包裹处理，获得被测物体真实高度信息的方案，但该方案也存在着测量精度受物体表面颜色影响的缺陷，被测物体要么为同一种颜色，要么需要对物体进行涂色处理，这就该变了测量物体的表面性质，而且不同颜色条纹有混叠现象，降低了测量精度。因而制作出能实现同时投影不同特性双频栅，以便组成可进行高精度动态形变测量系统的关键器件对基于相位测量原理的莫尔条纹技术的发展具有十分重要的意义。

有研究（段世媛.偏振光直写各向异性光栅的原理与实验研究[d].中国科技大学硕士学位论文，2011.）发现采用电光调制器获得不同偏振态的写入光，根据偶氮分子取向与激光偏振状态的对应关系，采用逐点光刻方式，实现了各向异性衍射光栅。发明人在基于现有技术的研发过程中发现：利用双纵模激光器输出的两个纵模光的偏振方向互相垂直的特性，通过调整在激光输出位置安装的偏振片旋转角度，在分别输出偏振方向互相垂直的两个纵模的光时，调整干涉仪（迈克尔逊或马赫-曾德型）结构参数形成间距不同的干涉条纹，在各向异性材料全息干板上分时曝光，所制作出的全息干板在用同样的双纵模激光器以同样角度照射时，就能输出偏振方向正交的双频条纹，可满足对能同时投影不同特性双频栅以实现高精度动态形变测量的关键器件的需求。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供能同时输出偏振方向正交的双频条纹的迈克尔逊干涉仪系统，结构简单、操作方便，能够实现同时输出偏振方向正交的双频条纹。

本发明的第二目的在于提供同时输出偏振方向正交的双频条纹的方法，就能同时输出偏振方向正交的粗细两种条纹，既不会受物体表面特性影响，也不会有混叠现象，可很好满足对能同时投影不同特性双频栅以实现高精度动态形变测量的关键器件的需求。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下所述：

能同时输出偏振方向正交的双频条纹迈克尔逊干涉仪系统，包括双纵模激光器、投板和设置在两者光路之间的光学元件，光学元件包括：可调偏振片、分光镜、反光镜、可调反射镜；可调偏振片位于双纵模激光器与分光镜之间的光路上；双纵模激光器发出的光线经可调偏振片到达分光镜；

反光镜，用于将通过分光镜反射到其的光束再次反射的分光镜；

可调反射镜，用于将通过分光镜折射到其的光束再反射到分光镜；

投板，用于接受经反光镜反射，又经分光镜折射后的光束，与经可调反射镜反射，又经分光镜反射后的光束的投射。

作为一种优选技术方案，投板为各向异性材料全息干板。

同时输出偏振方向正交的双频条纹的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤s1：双纵模激光器发出双纵模激光，经旋转调好角度的可调偏振片后，输出一个a纵模偏振方向的线偏振光，到达分光镜处，一束光经分光镜界面反射到达反光镜，另一束光经分光镜界面折射到达角度调整为x角度的可调反射镜；

经反光镜反射，又经分光镜界面折射后的光束，与经调好角度的可调反光镜反射，又经分光镜反射后的光束在投板上处发生干涉，形成粗间距的干涉条纹；

步骤s2：将可调偏振片沿垂直于光轴的平面内转动90°，调整可调反射镜的角度为y角度；y角度大于x角度；

双纵模激光器发出双纵模激光经可调偏振片会输出与a纵模偏振方向垂直的b纵模偏振方向的线偏振光，到达分光镜处，一束光经分光镜界面反射到达反光镜，另一束光经分光镜界面折射到达可调反射镜；

经固定反光镜反射，又经分光镜界面折射后的光束，与经调好角度的可调反光镜反射，又经分光镜反射后的光束在投板上处发生干涉，形成细间距的干涉条纹。

本发明采取的技术方案与现有技术相比，有以下有益效果：

在各向异性材料全息干板上通过二次曝光制作偏振方向正交的双频条纹的光源来自同一个双纵模激光器，天然完全同轴，偏振方向正交性好，在干板上输出输出偏振方向正交的双频条纹及全息复现过程简单可靠，优点突出。

在用同样的双纵模激光器以同样角度照射时，就能同时输出偏振方向正交的粗细两种条纹，既不会受物体表面特性影响，也不会有混叠现象，可很好满足对能同时投影不同特性双频栅以实现高精度动态形变测量的关键器件的需求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，附图标记如下所示：

1-双纵模激光器，2-可调偏振片，3-固定反光镜，4-分光镜，5-可调反射镜，6-全息干板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例1

能同时输出偏振方向正交的双频条纹的迈克尔逊干涉仪系统，包括双纵模激光器1、全息干板和6设置在两者光路之间的各光学元件。光学元件包括：可调偏振片3、分光镜4、固定反光镜3、可调反射镜5。

可调偏振片2位于双纵模激光器1与分光镜4之间的光路上，分光镜4一侧设有全息干板6，使得双纵模激光器1发出的光线经过光路上的各元件处理后投射到全息干板6上。

在分光镜4的另外两侧还分别设有固定反光镜3和可调反射镜5。由双纵模激光器1发出的光线经过分光镜4后，分为两束，分别反射到固定反光镜3、折射到可调反射镜5。

固定反光镜3用于将通过分光镜4反射到其的光束再次反射的分光镜4，可调反射镜5用于将通过分光镜4折射到其的光束再反射到分光镜4。

全息干板6用于接受经固定反光镜3反射，又经分光镜4折射后的光束，与经可调反射镜5反射，又经分光镜4反射后的光束的投射。

本实施例中，全息干板6为各向异性材料全息干板6。

同时输出偏振方向正交的双频条纹的方法，包括以下步骤：

步骤s1：双纵模激光器1发出双纵模激光，经旋转调好角度的可调偏振片2后，输出一个a纵模偏振方向的线偏振光，到达分光镜4处，一束光经分光镜4界面反射到达固定反光镜3，另一束光经分光镜4界面折射到达调好角度（小角度）的可调反射镜5；

经固定反光镜3反射，又经分光镜4界面折射后的光束，与经调好角度的可调反光镜反射，又经分光镜4反射后的光束在各向异性材料全息干板6上处发生干涉，形成粗间距的干涉条纹，在各向异性材料全息干板6上首次曝光；

步骤s2：将可调偏振片2沿垂直于光轴的平面内转动90°，调整可调反射镜5的角度（大角度），双纵模激光器1发出双纵模激光经可调偏振片2会输出与a纵模偏振方向垂直的b纵模偏振方向的线偏振光，到达分光镜4处，一束光经分光镜4界面反射到达固定反光镜3，另一束光经分光镜4界面折射到达可调反射镜5；

经固定反光镜3反射，又经分光镜4界面折射后的光束，与经调好角度的可调反光镜反射，又经分光镜4反射后的光束在各向异性材料全息干板6上处发生干涉，形成细间距的干涉条纹，在各向异性材料全息干板6上首次曝光。

粗间距及细间距的具体间距皆由可调反射镜5的调整角度确定。

本实施例中，并未给出反射镜调整角度的确定值，其根据实际需要由操作者自己决定，但必定要满足步骤2中调整的角度大于步骤1中调整的角度。可调反射镜5角度与条纹间距关系为：e=λ/θ,式中e为条纹间距，λ为激光波长，θ为可调反射镜5角度

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。