光镜11，再经过第二分光镜11反射进入准直扩束系统12 ；由第一分光镜4反射的光束先后经过第二四分之一波片7和第三反射镜8后，反射到第四反射镜9，经第四反射镜9反射至第三四分之一波片10后产生左旋圆偏振光，再通过第二分光镜11透射后进入准直扩束系统12 ;两束光会合后通过准直扩束系统12和显微物镜13会聚到点衍射板14，衍射出含有左旋和右旋两束光的近似标准球面波；每一旋向的球面波前都分为两部分，一部分作为参考波前，另一部分作为检测波前，检测波前经待测球面15反射至点衍射板14，再经点衍射板14反射后与旋向相反的参考波前会合后经过准直透镜17变为平面波，经过第四四分之一波片18后变成偏振方向相互垂直的线偏振光，再通过检偏器19和成像透镜20后于探测器21上得到干涉条纹；通过调整检偏器19的旋转角度可实现条纹对比度的调节。
[0017]通过压电移相器16推动待测球面15沿第四光轴移动，根据上述过程，在探测器21上获得多组干涉条纹，根据上述干涉条纹，得到球面信息。
[0018]由于从衍射针孔衍射出的近似标准球面波包含左旋和右旋两束圆偏振光，因此测试波前分为两部分:左旋测试波前和右旋测试波前；而参考波前也为两部分:左旋参考波前和右旋参考波前；其中左旋测试波前和右旋测试波前都通过待测球面15反射、点衍射板14反射后到达第四四分之一波片18，而左旋参考波前和右旋参考波前直接到达第四四分之一波片18，因此经过第四四分之一波片18的光束包含四部分:左旋参考波前、左旋测试波前、右旋参考波前、右旋测试波前；经过第四四分之一波片18后四部分圆偏振光均变成线偏振光，因此到达检偏器19的所有线偏振光分布情况如图2所示。由于测试光的光强受待测球面反射率的限制，所以在测量低反射率球面时，测试光的光强较弱，因此无论检偏器19的透光轴方向如何,左旋测试光与左旋参考光之间光强相差太多而无法产生干涉条纹，只能形成背景光，右旋测试光与右旋参考光也是如此；而左旋参考光与右旋参考光均为衍射针孔143衍射出的近似标准球面波，因此波前可认为一样，也形成背景光；左旋测试光与右旋测试光的波前均受到待测球面15以及金属反射膜142的调制，因此也可认为一样，同样形成背景光；因此只有左旋测试光与右旋参考光、右旋测试光与左旋参考光之间能够形成干涉条纹，转动检偏器19使其透光轴方向改变，可以调节测试光与参考光的光强透过率，即可实现干涉条纹对比度的调节，图2所示的检偏器透光轴方向I以及方向2为条纹对比度最好的两种情况。
【主权项】
1.一种大数值孔径条纹对比度可调节的点衍射干涉装置，其特征在于:包括线偏振激光器(I)、二分之一波片(2)、第一四分之一波片(3)、第一分光镜(4)、第一反射镜(5)、第二反射镜(6)、第二四分之一波片(7)、第三反射镜(8)、第四反射镜(9)、第三四分之一波片(10)、第二分光镜(11)、准直扩束系统(12)、显微物镜(13)、点衍射板(14)、待测球面(15)、压电移相器(16)、准直透镜(17)、第四四分之一波片(18)、检偏器(19)、成像透镜(20)和探测器(21);线偏振激光器(I)、二分之一波片(2)、第一四分之一波片(3)、第一分光镜(4)和第一反射镜(5)依次共光轴设置，上述部件所在光轴为第一光轴；第四反射镜(9)、第三四分之一波片(10)、第二分光镜(11)、准直扩束系统(12)、显微物镜(13)和点衍射板(14)依次共光轴设置，上述部件所在光轴为第二光轴，第二光轴与第一光轴垂直；第一分光镜(4)、第二四分之一波片(7)和第三反射镜(8)依次共光轴设置，上述部件所在光轴为第三光轴，第三光轴与第二光轴平行，且与第一光轴垂直；第二反射镜(6)位于第一反射镜(5)和第二分光镜(11)之间,将第一反射镜(5)的光束反射至第二分光镜(11);待测球面(15)与压电移相器(16)连接，待测球面(15)所在光轴为第四光轴，准直透镜(17)、第四四分之一波片(18)、检偏器(19)、成像透镜(20)和探测器(21)依次共光轴设置，上述部件所在光轴为第五光轴，第四光轴和第五光轴关于第二光轴对称。2.根据权利要求1所述的大数值孔径条纹对比度可调节的点衍射干涉装置，其特征在于:线偏振激光器(I)出射的光依次经过二分之一波片(2)和第一四分之一波片(3)后产生右旋圆偏振光，再经过第一分光镜(4)分为两束，其中透射光束经过第一反射镜(5)和第二反射镜(6)反射到第二分光镜(11)，再经过第二分光镜(11)反射进入准直扩束系统(12)；由第一分光镜(4)反射的光束先后经过第二四分之一波片(7)和第三反射镜(8)后，反射到第四反射镜(9)，经第四反射镜(9)反射至第三四分之一波片(10)后产生左旋圆偏振光，再通过第二分光镜(11)透射后进入准直扩束系统(12);两束光会合后通过准直扩束系统(12)和显微物镜(13)会聚到点衍射板(14)，衍射出含有左旋和右旋两束光的近似标准球面波；每一旋向的球面波前都分为两部分，一部分作为参考波前，另一部分作为检测波前，检测波前经待测球面(15)反射至点衍射板(14)，再经点衍射板(14)反射后与旋向相反的参考波前会合后经过准直透镜(17)变为平面波，经过第四四分之一波片(18)后变成偏振方向相互垂直的线偏振光，最后通过检偏器(19)和成像透镜(20)后于探测器(21)上得到干涉条纹；通过调整检偏器(19)的旋转角度可实现条纹对比度的调节；压电移相器(16)推动待测球面(15)沿第四光轴移动。3.根据权利要求1或2所述的大数值孔径条纹对比度可调节的点衍射干涉装置，其特征在于:点衍射板(14)包括玻璃基底(141)、金属反射膜(142)和衍射针孔(143)，金属反射膜(142)镀于玻璃基底(141)之上，金属反射膜(142)中心设有一个衍射针孔(143);光束依次经过玻璃基底(141)和金属反射膜(142)上的衍射针孔(143)。
【专利摘要】本发明公开了一种大数值孔径条纹对比度可调节的点衍射干涉装置。线偏振激光器出射的光经过二分之一波片、第一四分之一波片、第一分光镜后分为两束，透射部分通过两个反射镜和第二分光镜后进入准直扩束系统，反射部分通过第二四分之一波片、两个反射镜、第三四分之一波片后产生旋向与透射部分相反的圆偏振光，并经过第二分光镜进入准直扩束系统，两束光会合后通过显微物镜会聚到点衍射孔上，衍射出含有左旋和右旋两束光的近似标准球面波，测试光经待测件反射、点衍射板反射后与旋向相反的参考光会合，经过第四四分之一波片和检偏器后得到干涉条纹，通过旋转检偏器来实现干涉条纹对比度可调。本发明实现了条纹对比度可调，测量精度高。
【IPC分类】G01B11/24
【公开号】CN104949630
【申请号】CN201410113337
【发明人】高志山, 李闽珏, 杨忠明, 史琪琪, 王新星, 田雪, 王帅, 窦健泰
【申请人】南京理工大学
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2014年3月25日