] (6)与基于Mach-Zehnder干涉结构的径向剪切干涉仪相比，虽然同属于非共光路 系统，本发明的环路结构使透射光束和反射光束经过的光学元件相同，减少了误差源。
[0024] (7)与专利"基于四步空间相移的共光路径向剪切干涉仪"（专利【申请号】 201010034142. 3)提出的四步空间移相系统相比，本发明减少了光学元件，尤其是偏振光学 元件的使用，具有结构简单，对光学耦合器件要求不高等优点。
[0025] (8)与专利"一种基于四步相移原理的小型化径向剪切干涉仪"（专利【申请号】 201210524041. 1)提出的微偏振片阵列的小型四步移相器相比，本发明专利提出的偏振相 移均成像在光电耦合器件CCD的同一位置，不存在分光不均匀以及干涉图之间位置匹配的 问题。
[0026] (9)与专利"共光路径向剪切液晶移相干涉波前传感器"（专利【申请号】 20121076291. 0)提出的共光路结构相比，本发明提出的非共光路结构减少了装调的难度， 方便使用，拓展了干涉仪的应用领域和范围。
【附图说明】
[0027] 图1是基于起偏器和1/2波片结构的非共光路环路径向剪切偏振相移干涉仪结果 原理示意图。
[0028] 图2是基于正交起偏器结构的非共光路环路径向剪切偏振相移干涉仪结果原理 示意图。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图通过实例对本发明进行详细说明。有必要在此指出的是，以下实施 例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练 人员根据上述本
【发明内容】
对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范 围。
[0030] 如图1所示，基于起偏器和1/2波片结构的非共光路环路径向剪切偏振相移干涉 仪包括：起偏器P1、分束棱镜BS2、透镜Q3、反射镜乂4、1/2波片HW5、反射镜M26、透镜L27、 1/4波片QW8、检偏器A9、光电耦合器件(XD10以及计算机11。起偏器P1和1/2波片HW5 组成偏振调制系统；分束棱镜BS2、透镜Q3、反射镜M0和M26、透镜L27组成环路径向剪切 系统，其中透镜U3和L27的焦距分别为&和f2，且赛f2;l/4波片QW8和检偏器A9组成 N步相移系统；光电耦合器件CCD10和计算机11组成成像系统。
[0031] 被测光束经过被测元件，被测元件可以是透射物体或者反射表面，它们产生的被 测波前进入非共光路环路径向剪切偏振相移干涉系统中，经过起偏器P1后，被测光束变为 线偏振光，其偏振方向与水平方向的夹角为沒。线偏振光经过分束棱镜BS2后被分成透射 和反射的两束线偏振光，透射光束经透镜U3、反射镜乂4、1/2波片HW5、反射镜M26、透镜L27 后再次经分束棱镜BS2全部透射，反射光束经透镜L27、反射镜M26和乂4、透镜L:3后再次经 分束棱镜BS2全部反射。1/2波片HW5快轴与起偏器P1快轴的夹角为45°，使透射光束和 反射光束成为相互正交的线偏振光。光束口径分别被扩大和缩小的正交线偏振光经过1/4 波片QW8后成为两束圆偏振光，其旋向分别为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，1/4波片QW8 快轴与1/2波片HW5快轴的夹角为45°。
[0032] 如图2所示，基于正交起偏器结构的非共光路环路径向剪切偏振相移干涉仪包 括：分束棱镜BS2、透镜Q3、反射镜乂4、起偏器PJ2、起偏器P213、反射镜M26、透镜L27、1/4 波片QW8、检偏器A9、光电耦合器件(XD10以及计算机11。起偏器P:12和起偏器？213组成 偏振调制系统；分束棱镜BS2、透镜Q3、反射镜札4和M26、透镜L27组成环路径向剪切系统， 其中透镜U3和L27的焦距分别为&和f2，且赛f2;l/4波片QW8和检偏器A9组成N步 相移系统；光电耦合器件CCD10和计算机11组成成像系统。
[0033] 被测光束经过被测元件，被测元件可以是透射物体或者反射表面，产生的被测波 前进入非共光路环路径向剪切偏振相移干涉系统中，被分束棱镜BS2分成透射和反射的两 束光，经过快轴互相垂直的起偏器Pi12和起偏器匕13后，两光束变为相互正交的线偏振光， 透射光束经透镜U3、反射镜乂4、起偏器PJ2、反射镜M26、透镜L27后再次经分束棱镜BS2 全部透射，反射光束经透镜L27、反射镜M26、起偏器P213、反射镜乂4、透镜LJ后再次经分束 棱镜BS2全部反射。光束口径分别被扩大和缩小的正交线偏振光经过1/4波片QW8成为两 束圆偏振光，其旋向分别为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，1/4波片QW8快轴与起偏器P:12 快轴的夹角为45°。
[0034] 假设被测光束的口径为D，透镜1^和L2的焦距关系为fi>f2，透射光束的偏振方向 与水平方向的夹角为9，光束口径被缩小为Di，且反射光束的偏振方向与竖 直方向的夹角为9,光束口径被扩大为D2，且RiDXfi/%。透射光束和反射光束形成的 剪切光束的剪切比为s= 。用琼斯矩阵分别表示透射和反射的两束正交线偏振光的 复振幅Et和Er为
【主权项】
1. 非共光路环路径向剪切偏振相移干涉仪，其特征在于由偏振调制系统、环路径向剪 切系统、N步相移系统和成像系统四个部分组成：偏振调制系统由起偏器P和1/2波片HW 组成或由起偏器PjP P 2组成；环路径向剪切系统由分束棱镜BS、透镜L :和L2、反射镜札和 M2组成；N步相移系统由1/4波片QW和检偏器A组成；成像系统由光电耦合器件C⑶和计 算机组成。
2. 根据权利要求1所述的非共光路环路径向剪切偏振相移干涉仪，其特征在于透镜L i 和L2没有在同一光轴上，因此两透镜的焦点没有重合，产生一定的分离；透镜L :和L 2的焦 距分别为4和f 2，且# f2。
3. 根据权利要求1所述的非共光路环路径向剪切偏振相移干涉仪，其特征在于起偏器 P放置在分束棱镜BS之前，1/2波片HW放置在透射(或反射）光束的焦点位置，1/2波片HW 快轴与起偏器P快轴的夹角为45°，1/4波片QW快轴与1/2波片HW快轴的夹角为45°。
4. 根据权利要求1所述的非共光路环路径向剪切偏振相移干涉仪，其特征在于起偏 器PjP P 2分别放置在透射光束和反射光束的焦点位置，起偏器P :和P 2快轴的夹角为90 °， 1/4波片QW快轴与起偏器P1快轴的夹角为45°。
5. 根据权利要求1所述的非共光路环路径向剪切偏振相移干涉仪，其特征在于使用迭 代算法从恢复的剪切波前中分离缩小波前和扩大波前，剪切波前与缩小波前和扩大波前之 间的关系可表示为： KW{r(s,^p) ^W{r!s, (p)-W(rs,(65) (I) 其中▲,(『/5，_表示剪切波前，劝表示缩小波前，表示扩大波前； 对（1)式两边的径向变量进行S2倍的插值，其中5为剪切比，并重复进行n次可得以下 表达式：
当n足够大时，（2)式中右边第二项可看作一平面波，忽略不计，因此（2)式可表示为：
由（3)式即可得到分离后的缩小波前，由于缩小波前包含了被测波前的所有信息，两 者之间为剪切系数的关系，所以可以将缩小波前看作被测波前进行分析。
【专利摘要】本发明提供了一种非共光路环路径向剪切偏振相移干涉仪，由偏振调制系统、环路径向剪切系统、N步相移系统和成像系统组成；被测波前进入偏振调制系统后变为线偏振光，经过环路径向剪切系统被分成两束扩大和缩小的正交线偏振光，再经过N步相移系统成为旋向相反的两束圆偏振光，通过检偏器产生干涉现象，由成像系统采集N幅干涉条纹图，采用相应的相移算法重构剪切波前的相位分布，再用迭代法或Zernike多项式拟合将被测波前从剪切波前中分离。本发明无需专门的参考镜，采用非共光路结构减小了装调的难度，使测量更加简单方便；采用N步相移技术复原波前，提高了相位提取的数据处理速度和算法精度。
【IPC分类】G01J9-02
【公开号】CN104819780
【申请号】CN201510072919
【发明人】李大海, 章辰, 王琴, 刘春玲
【申请人】四川大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年2月12日