反射式偏振相移动态点衍射干涉技术的研究
发布时间：2021-06-24 11:27
为了抑制环境振动引入的测量误差,实现对球面光学元件面形的动态检测,提出了一种基于微偏振片阵列的反射式针孔点衍射干涉系统。该干涉系统使用短相干激光光源获得两束相干光,通过调节两束偏振光的光强比调节干涉条纹的对比度,利用集成微偏振片阵列CCD相机采集的单帧图像获得4幅相移干涉图,实现动态检测。用该干涉系统和ZYGO干涉仪测量同一凹面镜样品,得到的面形结果相吻合,验证了该干涉系统测量结果的准确性。在实验测量平台上外加电动机产生振动条件,结果表明,当振动速度小于16μm/s时,都可得到较准确的面形测量结果,表明该干涉系统的抗振性能较好。
【文章来源】：中国激光. 2020,47(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
待测镜的干涉图对比度与光强比的关系
基于微偏振片阵列的动态点衍射干涉系统结构如图1所示。该光学系统中,短相干激光器发出的光经准直扩束系统和1/2波片(HWP)后,被偏振分光棱镜(PBS)分解为p光和s光,其中,HWP用于调节p光和s光的光强比。光束前后两次通过反射镜A和B前面的1/4波片(QWP),p光由反射镜A反射回偏振分光棱镜后变为s光,称为光束A,s光由反射镜B反射回偏振分光棱镜后变为p光,称为光束B。两束光的偏振方向互相垂直,分别会聚到点衍射模板的针孔处。由针孔衍射产生理想球面波,一部分球面波直接经QWP、成像透镜和PMA后到达CCD探测器,也被称为参考光;另一部分球面波到达被测样品,经被测样品反射后回到点衍射模板,并经模板表面的金属Cr膜反射后到达CCD探测器,也被称为检测光。由于光束A(s光)和光束B(p光)都经针孔衍射形成检测光和参考光,CCD探测器共接收到4束光,分别称为检测光A(TA)、参考光A(RA)、检测光B(TB)和参考光B(RB),其干涉组合理论上共有6种,分别为TATB、TARA、TARB、TBRA、TBRB、RARB。反射镜A可沿光轴移动调节光程,假设反射镜A与反射镜B到偏振分光棱镜的距离差值为d,则p光和s光之间的光程差为2d,针孔到球面的距离(待测球面元件的曲率半径)为R,若d=R,则RA与TB的光程基本相同,而TA光程过大,RB光程过小,即TA的光程>RA的光程=TB的光程> RB的光程,对应的光程匹配情况如图2所示。由于系统光源的相干长度小于2d,因此,只有RA与TB能发生干涉,而TA和RB与其他光超出了光源的相干长度,不能发生干涉,被CCD探测器采集后作为背景光,在后续图像处理中需要滤除。可通过HWP调节光束A和光束B的分光比,从而调节两束干涉光RA和TB的光强比,以获得对比度更好的干涉条纹。
由于光束A(s光)和光束B(p光)都经针孔衍射形成检测光和参考光,CCD探测器共接收到4束光,分别称为检测光A(TA)、参考光A(RA)、检测光B(TB)和参考光B(RB),其干涉组合理论上共有6种,分别为TATB、TARA、TARB、TBRA、TBRB、RARB。反射镜A可沿光轴移动调节光程,假设反射镜A与反射镜B到偏振分光棱镜的距离差值为d,则p光和s光之间的光程差为2d,针孔到球面的距离(待测球面元件的曲率半径)为R,若d=R,则RA与TB的光程基本相同,而TA光程过大,RB光程过小,即TA的光程>RA的光程=TB的光程> RB的光程,对应的光程匹配情况如图2所示。由于系统光源的相干长度小于2d,因此,只有RA与TB能发生干涉,而TA和RB与其他光超出了光源的相干长度,不能发生干涉,被CCD探测器采集后作为背景光,在后续图像处理中需要滤除。可通过HWP调节光束A和光束B的分光比,从而调节两束干涉光RA和TB的光强比,以获得对比度更好的干涉条纹。2.2 偏振动态相移原理
【参考文献】：
期刊论文
[1]星载偏振相机帧转移模糊效应校正方法研究[J]. 翁建文,袁银麟,郑小兵,康晴,涂碧海,李健军,洪津. 光学学报. 2019(12)
[2]基于波导理论的针孔点衍射波前分析方法[J]. 陈元恺,李瑶,王晨,白剑,杨甬英. 光学学报. 2019(11)
[3]飞秒激光微加工制备金属线栅太赫兹偏振片[J]. 陈燕青,高炳攀,林炎章,居学尉,王杰,王向峰. 中国激光. 2018(08)
[4]成像系统倍率高精度测量技术研究[J]. 董冠极,唐锋,王向朝,冯鹏,郭福东,彭常哲. 光学学报. 2018(07)
[5]多步相移中被测件径向相移不均匀引入误差比较及校正[J]. 高芬,倪晋平,李兵,田爱玲. 光学学报. 2018(04)
[6]相移干涉技术及相移获取方法研究进展[J]. 徐媛媛,时刻,王亚伟,刘景业,朱琼,尚梦园,潘熳颖. 激光与光电子学进展. 2018(02)
[7]点衍射干涉检测技术[J]. 李瑶,杨甬英,王晨,陈元恺,陈晓钰. 中国光学. 2017(04)
[8]Improved phase-shifting diffraction interferometer for microsphere topography measurements[J]. 刘国栋,卢丙辉,孙和义,刘炳国,陈凤东,庄志涛. Chinese Optics Letters. 2016(07)
博士论文
[1]抗振动移相干涉测量算法与实验研究[D]. 刘乾.中国工程物理研究院 2015
本文编号：3247007
【文章来源】：中国激光. 2020,47(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
待测镜的干涉图对比度与光强比的关系
基于微偏振片阵列的动态点衍射干涉系统结构如图1所示。该光学系统中,短相干激光器发出的光经准直扩束系统和1/2波片(HWP)后,被偏振分光棱镜(PBS)分解为p光和s光,其中,HWP用于调节p光和s光的光强比。光束前后两次通过反射镜A和B前面的1/4波片(QWP),p光由反射镜A反射回偏振分光棱镜后变为s光,称为光束A,s光由反射镜B反射回偏振分光棱镜后变为p光,称为光束B。两束光的偏振方向互相垂直,分别会聚到点衍射模板的针孔处。由针孔衍射产生理想球面波,一部分球面波直接经QWP、成像透镜和PMA后到达CCD探测器,也被称为参考光;另一部分球面波到达被测样品,经被测样品反射后回到点衍射模板,并经模板表面的金属Cr膜反射后到达CCD探测器,也被称为检测光。由于光束A(s光)和光束B(p光)都经针孔衍射形成检测光和参考光,CCD探测器共接收到4束光,分别称为检测光A(TA)、参考光A(RA)、检测光B(TB)和参考光B(RB),其干涉组合理论上共有6种,分别为TATB、TARA、TARB、TBRA、TBRB、RARB。反射镜A可沿光轴移动调节光程,假设反射镜A与反射镜B到偏振分光棱镜的距离差值为d,则p光和s光之间的光程差为2d,针孔到球面的距离(待测球面元件的曲率半径)为R,若d=R,则RA与TB的光程基本相同,而TA光程过大,RB光程过小,即TA的光程>RA的光程=TB的光程> RB的光程,对应的光程匹配情况如图2所示。由于系统光源的相干长度小于2d,因此,只有RA与TB能发生干涉,而TA和RB与其他光超出了光源的相干长度,不能发生干涉,被CCD探测器采集后作为背景光,在后续图像处理中需要滤除。可通过HWP调节光束A和光束B的分光比,从而调节两束干涉光RA和TB的光强比,以获得对比度更好的干涉条纹。
由于光束A(s光)和光束B(p光)都经针孔衍射形成检测光和参考光,CCD探测器共接收到4束光,分别称为检测光A(TA)、参考光A(RA)、检测光B(TB)和参考光B(RB),其干涉组合理论上共有6种,分别为TATB、TARA、TARB、TBRA、TBRB、RARB。反射镜A可沿光轴移动调节光程,假设反射镜A与反射镜B到偏振分光棱镜的距离差值为d,则p光和s光之间的光程差为2d,针孔到球面的距离(待测球面元件的曲率半径)为R,若d=R,则RA与TB的光程基本相同,而TA光程过大,RB光程过小,即TA的光程>RA的光程=TB的光程> RB的光程,对应的光程匹配情况如图2所示。由于系统光源的相干长度小于2d,因此,只有RA与TB能发生干涉,而TA和RB与其他光超出了光源的相干长度,不能发生干涉,被CCD探测器采集后作为背景光,在后续图像处理中需要滤除。可通过HWP调节光束A和光束B的分光比,从而调节两束干涉光RA和TB的光强比,以获得对比度更好的干涉条纹。2.2 偏振动态相移原理
【参考文献】：
期刊论文
[1]星载偏振相机帧转移模糊效应校正方法研究[J]. 翁建文,袁银麟,郑小兵,康晴,涂碧海,李健军,洪津. 光学学报. 2019(12)
[2]基于波导理论的针孔点衍射波前分析方法[J]. 陈元恺,李瑶,王晨,白剑,杨甬英. 光学学报. 2019(11)
[3]飞秒激光微加工制备金属线栅太赫兹偏振片[J]. 陈燕青,高炳攀,林炎章,居学尉,王杰,王向峰. 中国激光. 2018(08)
[4]成像系统倍率高精度测量技术研究[J]. 董冠极,唐锋,王向朝,冯鹏,郭福东,彭常哲. 光学学报. 2018(07)
[5]多步相移中被测件径向相移不均匀引入误差比较及校正[J]. 高芬,倪晋平,李兵,田爱玲. 光学学报. 2018(04)
[6]相移干涉技术及相移获取方法研究进展[J]. 徐媛媛,时刻,王亚伟,刘景业,朱琼,尚梦园,潘熳颖. 激光与光电子学进展. 2018(02)
[7]点衍射干涉检测技术[J]. 李瑶,杨甬英,王晨,陈元恺,陈晓钰. 中国光学. 2017(04)
[8]Improved phase-shifting diffraction interferometer for microsphere topography measurements[J]. 刘国栋,卢丙辉,孙和义,刘炳国,陈凤东,庄志涛. Chinese Optics Letters. 2016(07)
博士论文
[1]抗振动移相干涉测量算法与实验研究[D]. 刘乾.中国工程物理研究院 2015
本文编号：3247007
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