[发明专利]四波前横向剪切干涉波前传感器的灵敏度增强装置及方法

说明书

本发明公开了一种四波前横向剪切干涉波前传感器的灵敏度增强装置及方法。本发明在单个四波前横向剪切干涉波前传感器的基础上，将待测光束分为两束后再增加一个四波前横向剪切干涉波前传感器，分别调节两波前传感器中光栅与探测器之间的距离使相应剪切率组合满足灵敏度增强条件，实现了大剪切率情况下利用傅里叶变换位相重建技术的高分辨率高灵敏度检测。本发明的优点在于解决了传统四波前横向剪切干涉系统在大剪切率情况下采用傅里叶变换位相重建技术时由于频谱泄漏效应导致解调出的波前位相存在周期性振荡误差的问题，通过组合剪切率来消除相对灵敏度为零的区域，补足频谱中周期性缺失的信息，相对于传统干涉仪提高了测量灵敏度。

技术领域

本发明涉及一种四波前横向剪切干涉波前传感器的灵敏度增强装置及方法。

背景技术

干涉显微技术通过检测光束通过待测元件后的波前畸变重构出待测元件的波前差、面形、缺陷等信息。传统方法有数字全息显微、衍射相位显微等，这些技术都是基于马赫曾德干涉仪或者点衍射干涉技术。而马赫曾德干涉仪的检测精度很大程度上取决于参考平板的质量，点衍射干涉仪的检测精度与针孔的质量有关。除此之外，传统方法的检测装置往往都很大，不易对光束进行校准。四波前横向剪切干涉仪包括交叉光栅横向剪切干涉仪、改进的哈特曼模版波前传感器以及随机编码混合光栅波前传感器，与传统方法相比具有结构紧凑，系统装调简单，属于自干涉没有参考平面带来的误差，共路干涉抗外界环境干扰能力强等优点。

对于光学系统像差的检测，可以采用傅立叶变化法结合差分泽尼克多项式拟合技术来实现波前的重构，去除了高频信息。对于表面微观轮廓、生物细胞等位相检测，其表现为高频信息，因此就要采用傅里叶变换法结合最小二乘技术而不能采用差分泽尼克多项式拟合的方法。该方法相对于传统泰曼格林干涉系统的检测灵敏度可表示为其中s表示剪切率。虽然在大多数区域相对灵敏度值σ都大于1，当u＝m/s,v＝n/s,(m,n∈N)时，对应的相对灵敏度为零，零点附近区域的相对灵敏度都将小于1，这些位置由于频谱泄漏效应，导致重构波前具有周期性振荡误差。采用两个不同剪切率的随机编码混合光栅波前传感器，其相对灵敏度为其中s'表示第二个剪切率。通过两个剪切率组合可以极大程度的消除相对灵敏度小于1的区域，消除周期性振荡误差，提高测量灵敏度和检测精度。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提出了一种四波前横向剪切干涉波前传感器的灵敏度增强装置及方法。

四波前横向剪切干涉波前传感器的灵敏度增强装置，包括分光棱镜(S1)、第一四波前横向剪切干涉波前传感器(S2)、反射镜(S3)、第二四波前横向剪切干涉波前传感器(S4)；其中第一四波前横向剪切干涉波前传感器(S2)和第二四波前横向剪切干涉波前传感器(S4)置于等光程位置，分光棱镜(S1)以及第一四波前横向剪切干涉波前传感器(S2)在第一条光路中顺序排列；分光棱镜(S1)、反射镜(S3)以及第二四波前横向剪切干涉波前传感器(S4)在第二条光路中顺序排列。

所述的四波前横向剪切干涉波前传感器为随机编码混合光栅波前传感器。

四波前横向剪切干涉波前传感器的灵敏度增强装置的实现方法，包括如下步骤：

步骤(1)调节第一四波前横向剪切干涉波前传感器(S2)和第二四波前横向剪切干涉波前传感器(S4)使得两波前传感器的探测器位于等光程位置；

步骤(2)分别调节第一四波前横向剪切干涉波前传感器(S2)和第二四波前横向剪切干涉波前传感器(S4)中随机编码混合光栅与探测器感光面之间的距离，以得到不同的剪切率；

步骤(3)分别调节第一四波前横向剪切干涉波前传感器(S2)和第二四波前横向剪切干涉波前传感器(S4)的相对水平位置和俯仰角，以得到的两张空间位置重合的四波前横向剪切干涉图。

步骤(4)对两幅不同剪切率的四波前横向剪切干涉图采用组合剪切率傅里叶变换波前位相解调算法进行解调，包括如下步骤：