[发明专利]基于同步载频移相的干涉检测装置与检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于同步载频移相的干涉检测装置与检测方法，属于光学干涉检测领域。

背景技术

载频干涉利用具有一定夹角的物光和参考光发生干涉，可从形成的单幅载频干涉图获得待测物体的位相信息，从而适合用于运动物体或动态过程的实时测量，但是该方法为了能够从单幅干涉图样中再现物光的复振幅分布，需要倾斜物光和参考光以获得足够大夹角使干涉图样的零频分量、实像和共轭像在频谱面上分离，因此，不能充分利用图像传感器的横向分辨率或空间带宽积。

墨西哥学者C.Meneses-Fabian等提出利用4f共焦系统和一维光栅相结合实现载频调制方法(C.Meneses-Fabian，G.Rodriguez-Zurita.Carrier fringes in thetwo-aperture common-path interferometer.Optics Letters，2011，36(5)：642-644)。该方法将一维光栅置于4f共焦系统频谱面离焦处，通过引入离焦量获得载频干涉图，该方法不需倾斜物光和参考光，调整方便，成本低，但是该方法仍不能充分利用图像传感器的横向分辨率或空间带宽积。

西安光机所的姚保利等提出利用平行双光栅的同步载频移相干涉方法(P.Gao，B.L.Yao，I.Harder，J.Min，R.Guo，J.Zheng，T.Ye.Parallel two-step phase-shiftingdigital holograph microscopy based on a grating pair.J.Opt.Soc.Am.A2011，28(3)：434-440)。该方法通过调整平行双光栅间距调制载频，并结合偏振调制通过一次曝光获得两幅相移载频干涉图。该方法通过将两幅相移干涉图样相减来消除零频分量，从而降低了对干涉图样中载频量的要求，同时提高了对CCD的空间分辨率和空间带宽积的利用率，但是该方法光利用率高，数据处理复杂，并需通过测量条纹确定载频量。

发明内容

本发明是为了解决现有同步载频移相干涉检测装置结构复杂及检测方法的数据处理复杂的问题，提供一种基于同步载频移相的干涉检测装置与检测方法。

本发明所述基于同步载频移相的干涉检测装置，它包括光源，它还包括偏振片、准直扩束系统、第一偏振分光棱镜、待测物体、第一反射镜、第二反射镜、第二偏振分光棱镜、λ/4波片、矩形窗口、第一傅里叶透镜、一维周期光栅、第二傅里叶透镜、偏振片组、图像传感器和计算机，其中λ为光源发射光束的光波长，

光源发射的光束经偏振片入射至准直扩束系统的光接收面，经该准直扩束系统准直扩束后的出射光束入射至第一偏振分光棱镜，第一偏振分光棱镜的反射光束经待测物体后入射至第一反射镜，第一反射镜的反射光束作为物光束入射至第二偏振分光棱镜；

第一偏振分光棱镜的透射光束经第二反射镜反射后作为参考光束入射至第二偏振分光棱镜；

汇合于第二偏振分光棱镜的物光束和参考光束经过λ/4波片和矩形窗口后入射至第一傅里叶透镜，经第一傅里叶透镜汇聚后的出射光束通过一维周期光栅后入射至第二傅里叶透镜，经第二傅里叶透镜透射后的出射光束入射至偏振片组，该偏振片组的出射光束由图像传感器的光接收面接收，图像传感器的图像信号输出端连接计算机的图像信号输入端；

以第一傅里叶透镜光轴的方向为z轴方向建立xyz三维直角坐标系，所述矩形窗口沿垂直于光轴的方向设置，并且沿x轴方向均分为两个小窗口；

第一傅里叶透镜和第二傅里叶透镜的焦距均为f；

矩形窗口位于第一傅里叶透镜的前焦面上；

一维周期光栅位于第一傅里叶透镜的后焦f-Δf处并且位于第二傅里叶透镜的前焦f+Δf处，其中Δf为一维周期光栅的离焦量，Δf大于0并且小于f；

图像传感器位于第二傅里叶透镜的后焦面上；

一维周期光栅的周期d与矩形窗口沿x轴方向的长度D之间满足关系：d＝2λf/D。

一维周期光栅为二值一维周期光栅、正弦一维周期光栅或余弦一维周期光栅。

偏振片组由两片偏振片组成，该两片偏振片形成1×2阵列，该两片偏振片的透光轴与x轴分别呈0°和45°。

λ/4波片快轴与x轴呈45°。

偏振片的透光轴与x轴呈45°。

基于上述基于同步载频移相的干涉检测装置的检测方法，它的实现过程如下：

打开光源，使光源发射的光束经偏振片和准直扩束系统的准直扩束后形成线偏振光，该线偏振光通过第一偏振分光棱镜后分成物光束和参考光束；