[发明专利]一种利用涡旋光测量离面位移的系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种物体离面位移的测量装置及方法，尤其涉及一种利用涡旋光测量离面位移的系统及方法。

背景技术

涡旋光是具有螺旋型相位波前和相位奇点的光束。在传播过程中，波前会绕着传播方向以螺旋的方式前进。相位奇点处光波的光强为零，而相位则不确定，且相位围绕奇点沿垂直于传播方向呈螺旋状分布。涡旋光的相位因子含有与旋转方位角成正比的项，即exp(ilθ)，其中l为涡旋光的拓扑荷。由于旋转，涡旋光束中每个光子都具有的轨道角动量，因此在光学操控、信息编码和传输等方面有应用的研究。将涡旋光引入干涉测量中，可以实现物体的离面位移的精确测量。

发明内容

本发明提出了一种利用涡旋光测量离面位移的系统及方法，该方法测量过程简单，测量结果准确，为涡旋光的在精密测量方面的应用开辟了新的途径。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用涡旋光测量离面位移的系统，包括：由激光器发出的光经半透半反镜一后分为两束，一束光经过空间光调制器一后成为涡旋光，以所述涡旋光作为参考光；另一束光经扩束镜一照射到被测物体上产生物光；所述涡旋光依次经带有PZT的相移器、扩束镜二后照射到半透半反镜二形成反射光，物光经半透半反镜二后形成透射光，所述物光和参考光经半透半反镜二后在CCD摄像机靶面上形成干涉图像，将CCD摄像机接入计算机，对干涉图像进行处理。

一种利用涡旋光测量离面位移的系统，包括：由激光器发出的光经半透半反镜一后分为两束，一束光经过空间光调制器一后成为涡旋光一，以所述涡旋光一作为参考光；另一束光经空间光调制器二形成涡旋光二，所述涡旋光二经扩束镜一照射到被测物体上产生物光；涡旋光一依次经带有PZT的相移器、扩束镜二后照射到半透半反镜二形成反射光，物光经半透半反镜二后形成透射光，所述物光和参考光经半透半反镜二后在CCD摄像机靶面上形成干涉图像，将CCD摄像机接入计算机，对干涉图像进行处理。

一种利用涡旋光测量离面位移的方法，包括：以涡旋光作为参考光，根据参考光和物光得到被测物体的干涉图像，利用相移计算方法计算得到物体变形前的图像相位一；加载使被测物体变形，仍以涡旋光作为参考光，根据参考光和物光得到被测物体变形后的干涉图像，利用相移计算方法计算所述变形后的图像相位二；由相位一和相位二计算得到被测物体变形的离面位移分量。

具体方法如下：

(1)以涡旋光作为参考光，引入附加相位，利用CCD摄像机采集不同附加相位的被测物体的干涉图像；

(2)利用四步相移法计算得到物体变形前的相位一；

(3)加载使被测物体发生离面位移，以涡旋光作为参考光，引入附加相位，利用CCD摄像机采集不同附加相位的被测物体的干涉图像；

(4)利用四步相移法计算得到物体变形后的相位二；

(5)由相位一和相位二相减运算，得到被测物体的离面位移相位，进而计算得到物体的离面位移。

所述物光为物体反射的光，所述物光为平面光或者涡旋光。

所述步骤(2)的具体方法为：

引入附加相位，分别采集物体形变之前附加相位为0、π、时的四幅涡旋条纹图；

利用四步相移法，得到四幅图像的光强分布为：