第一与第二单模保偏光 纤、分光平片、成像镜头、面阵探测器;其中：
[0047]所述激光器出射的激光经过第一半波片与偏振分光镜分为偏振方向相互垂直的 两束光;同时，通过旋转第一半波片可以任意调整两束光的分光比；
[0048] 其中一束光依次通过第二半波片、第一声光移频器、第一光纤耦合镜及第一单模 保偏光纤进入分光平片，并作为参考光射向成像镜头；
[0049] 另一束光次通过第二声光移频器、第二光纤耦合镜及第二单模保偏光纤进入分光 平片，并作为测量光照向被测镜;射入被测镜的测量光被被测镜发射至分光平片，再经分光 平片反射垂直发散向另一方向与参考光重合；
[0050] 重合后的两束光产生干涉，经成像镜头后在面阵探测器上获得干涉图。
[0051 ]进一步的，还包括:分光片、监视镜头与监视相机；
[0052]所述分光片设置在分光平片与成像镜头之间，用于分束出一部分重合后的光束， 再经监视镜头射入监视相机;用来辅助光路与干涉图的调整。
[0053]进一步的，所述第一与第二单模保偏光纤的出头均为角度为i的端面(如图1中的 第一与第二角度光纤头），且与所述分光平面胶合在一起；
[0054]设角度为i的端面射出的光束方向与分光平面成45°，则：
[0055]
[0056]其中，η表示分光平面的折射率。
[0057]本发明实施例中，第一与第二声光移频器可以改变激光频率，两个声光移频器的 移频量不同，差频可以为几赫兹或几十赫兹量级的低差频，阵探测器相机采用数十或数百 赫兹量级采样频率，因此可以准确探测外差的拍频信号。面阵探测器上一点采集的随时间t
[0058] 变化的平姊偿县以ο丟芫为.
[0059] 其中，E表示两束光的光强，^与^分别表示经过第一与第二声光移频器调频后的 光束频率，R为被测镜粗糙的起伏量，c为光速，L为测量光往被测镜表面时相对于参考光多 走的光程。
[0060] 由于拍频的存在，干涉条纹会以^2的频率扫描起来，面阵探测器的一点对应待 测面上的一个点，探测器相机连续采集一组面阵照片，即为一组数据立方，对应相同每一点 的值抽取出来为一余弦周期信号，即为S(t)的形式，如图4所示。由信号形式可以看出，不同 点由于粗糙起伏的R值不同，造成相机上对应点探测的信号相位不同。利用傅里叶分析或其 它数据处理方法可解算每点出信号的相位，合成起来进行去噪、相位解缠解、面型复原等计 算后即可得到待测表面的起伏量，即实现了全视场外差对面型的测量。
[0061] 针对现有技术几乎都采用机械驱动进行移相，达到高精度难度大，抗扰性差的确 定，本发明上述方案采用声光移频器外差干涉移相，有效避免干涉仪存在运动件，测量精度 进一步提高，抗干扰性好，且研制难度与成本可以降低。相比机械驱动同样的优势更明显。
[0062] 此外，采用低频差外差干涉与面阵探测器进行全视场连续采集，获得的信息量更 丰富，更有利于精确解算相位。对大口径、长焦距曲面反射镜的面型测量，由于测量光程长， 特别容易受到震动、气流等因素干扰，本发明采用的全视场低频外差干涉仪方案具有抑制 震动、气流等因素干扰的能力，结合本发明设计的光路，特别适合于大口径、长焦距曲面反 射镜的面型的动态测量。
[0063] 同时，米用两根光纤分别产生测量光与参考光，而不是用出射光的一部分，结合了 光纤点衍射光容易获得，灵活调整的优点，相比典型的光纤点衍射干涉仪系统，又可以提高 测量数值孔径范围。
[0064]另外，采用研磨角度的光纤头与分光平片相胶合的方式实现点衍射测量光与参考 光的合束，合束由半透半反平片的外侧面实现，避免了会聚光斑的波前受到衍射孔边缘的 干扰。且容易实现，成本低廉。
[0065]本发明实施例还提供一种全视场低频外差点衍射干涉仪，如图5所示，其主要包 括:激光器、半波片、偏振分光镜、第一与第二声光移频器、第一与第二光纤親合镜、第一与 第二单模保偏光纤、分光平片、成像镜头、面阵探测器;其中：
[0066]所述激光器出射的激光经过波片与偏振分光镜分为偏振方向相互垂直的两束光；
[0067] 其中一束光依次通过第一声光移频器、第一光纤耦合镜及第一单模保偏光纤进入 分光平片，并作为参考光射向成像镜头；
[0068] 另一束光次通过第二声光移频器、第二光纤耦合镜及第二单模保偏光纤进入分光 平片，并作为测量光照向被测镜;射入被测镜的测量光被被测镜发射至分光平片，再经分光 平片反射垂直发散向另一方向与参考光重合；
[0069] 重合后的两束光产生干涉，经成像镜头后在面阵探测器上获得干涉图。
[0070] 进一步的，其还包括:分光片、监视镜头与监视相机；
[0071] 所述分光片设置在分光平片与成像镜头之间，用于分束出一部分重合后的光束， 再经监视镜头射入监视相机。
[0072] 本发明实施例中，所述第一与第二单模保偏光纤的出头互相垂直且分开一定距离 放置并与所述分光平片贴近(如图5所示的第一光纤头与第二光纤头）；所述的分光平片为 超薄分光平片，其厚度小于1mm。基于这种结构可使测量光经超薄分光平片反射的光可以避 开参考光光纤端面而不产生杂光串扰。
[0073] 另外，面阵探测器上一点采集的随时间t变化的干涉信号S(t)表示为：
[0074]
[0075] 其中，E表示两束光的光强，^与^分别表示经过第一与第二声光移频器调频后的 光束频率，R为被测镜粗糙的起伏量，c为光速，L为测量光往被测镜表面时相对于参考光多 走的光程。
[0076] 本发明实施例提供的全视场低频外差点衍射干涉仪与前述实施例的全视场低频 外差点衍射干涉仪原理基本一致，具体的可参见前文的描述，此处不再赘述。
[0077]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范 围为准。
【主权项】
1. 一种全视场低频外差点衍射干涉仪，其特征在于，包括:激光器、第一与第二半波片、 偏振分光镜、第一与第二声光移频器、第一与第二光纤親合镜、第一与第二单模保偏光纤、 分光平片、成像镜头、面阵探测器;其中： 所述激光器出射的激光经过第一半波片与偏振分光镜分为偏振方向相互垂直的两束 光； 其中一束光依次通过第二半波片、第一声光移频器、第一光纤耦合镜及第一单模保偏 光纤进入分光平片，并作为参考光射向成像镜头； 另一束光次通过第二声光移频器、第二光纤耦合镜及第二单模保偏光纤进入分光平 片，并作为测量光照向被测镜;射入被测镜的测量光被被测镜发射至分光平片，再经分光平 片反射垂直发散向另一方向与参考光重合； 重合后的两束光产生干涉，经成像镜头后在面阵探测器上获得干涉图。2. 根据权利要求1所述的一种全视场低频外差点衍射干涉仪，其特征在于，还包括:分 光片、监视镜头与监视相机； 所述分光片设置在分光平片与成像镜头之间，用于分束出一部分重合后的光束，再经 监视镜头射入监视相机。3. 根据权利要求1所述的一种全视场低频外差点衍射干涉仪，其特征在于，所述第一与 第二单模保偏光纤的出头均为角度为i的端面，且与所述分光平面胶合在一起； 设角度为i的端面射出的光束方向与分光平面成45°，则：其中，η表示分光平面的折射率。4. 根据权利要求1所述的一种全视场低频外差点衍射干涉仪，其特征在于，面阵探测器 上一点采集的随时间t变化的干涉信号S(t)表示为：其中，E表不两束光的光强，":与"〗分别表不经过第一与第二声光移频器调频后的光束 频率，R为被测镜粗糙的起伏量，c为光速，L为测量光往被测镜表面时相对于参考光多走的 光程。5. -种全视场低频外差点衍射干涉仪，其特征在于，包括:激光器、半波片、偏振分光 镜、第一与第二声光移频器、第一与第二光纤耦合镜、第一与第二单模保偏光纤、分光平片、 成像镜头、面阵探测器;其中： 所述激光器出射的激光经过波片与偏振分光镜分为偏振方向相互垂直的两束光； 其中一束光依次通过第一声光移频器、第一光纤耦合镜及第一单模保偏光纤进入分光 平片，并作为参考光射向成像镜头； 另一束光次通过第二声光移频器、第二光纤耦合镜及第二单模保偏光纤进入分光平 片，并作为测量光照向被测镜;射入被测镜的测量光被被测镜发射至分光平片，再经分光平 片反射垂直发散向另一方向与参考光重合； 重合后的两束光产生干涉，经成像镜头后在面阵探测器上获得干涉图。6. 根据权利要求5所述的一种全视场低频外差点衍射干涉仪，其特征在于，还包括:分 光片、监视镜头与监视相机； 所述分光片设置在分光平片与成像镜头之间，用于分束出一部分重合后的光束，再经 监视镜头射入监视相机。7. 根据权利要求5所述的一种全视场低频外差点衍射干涉仪，其特征在于，所述第一与 第二单模保偏光纤的出头互相垂直且分开一定距离放置并与所述分光平片贴近； 所述的分光平片为超薄分光平片，其厚度小于1mm。8. 根据权利要求5所述的一种全视场低频外差点衍射干涉仪，其特征在于，面阵探测器 上一点采集的随时间t变化的干涉信号S(t)表示为：其中，E表不两束光的光强，":与"〗分别表不经过第一与第二声光移频器调频后的光束 频率，R为被测镜粗糙的起伏量，c为光速，L为测量光往被测镜表面时相对于参考光多走的 光程。
【专利摘要】本发明公开了一种全视场低频外差点衍射干涉仪，采用声光移频器外差干涉移相，有效避免干涉仪存在运动件，测量精度进一步提高，抗干扰性好，且研制难度与成本可以降低，相比机械驱动同样的优势更明显。同时，采用两根光纤分别产生测量光与参考光，而不是用出射光的一部分，结合了光纤点衍射光容易获得，灵活调整的优点，相比典型的光纤点衍射干涉仪系统，又可以提高测量数值孔径范围。此外，采用研磨角度的光纤头与分光平片相胶合的方式实现点衍射测量光与参考光的合束，合束由半透半反平片的外侧面实现，避免了会聚光斑的波前受到衍射孔边缘的干扰，且容易实现，成本低廉。
【IPC分类】G01B9/02, G01B11/24
【公开号】CN105674875
【申请号】CN201610006912
【发明人】张文喜, 李杨, 相里斌, 伍洲, 孔新新, 吕笑宇, 刘志刚, 郭晓丽
【申请人】中国科学院光电研究院
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月5日