[发明专利]基于液晶计算全息图的同步移相干涉测量系统及方法

说明书

本发明公开的一种基于液晶CGH的同步移相干涉测量系统和方法，属于光学测量领域。基于液晶CGH的同步移相干涉测量系统包括正交偏振激光器、扩束系统、分光镜、参考镜、液晶CGH、待测非球面、偏振分光棱镜、面阵探测器。液晶CGH是由取向正交的液晶分子不同区域间隔排列产生的位相光栅，有两方面作用，其一是补偿被测面像差，完成零补偿干涉测量；其二是配合正交偏振激光完成π相位移相，结合偏振分光棱镜完成分光，实现空间同步移相干涉测量。本发明还公开用于所述的测量系统的一种基于液晶CGH的同步移相干涉测量方法。本发明利用液晶CGH同时完成补偿被测面像差和偏振移相的功能，进而实现精简空间同步移相干涉光路结构，具有系统简洁、抗干扰能力强、测量精度高的优点。

技术领域

本发明涉及一种基于液晶计算全息图的同步移相干涉测量系统及方法，属于光学测量领域。

背景技术

光学元件和光学系统在天文观测、空间和地基空间目标探测与识别、激光大气传输和惯性约束聚变等国防科技领域，以及特种眼镜、照明系统、投影显示等民用领域得到广泛的应用。光学设计水平的提高、光学及机械表面加工技术的改进都促使光学系统的性能大幅提升，整体更新换代的现象并不少见。光学面形的高精度检测是光学元件制造和光学系统装调的基础和前提，不同领域光学系统的发展，对光学面形检测提出了多方面的严格要求，成为超精密制造加工技术进一步发展需要满足的先决条件。总结科技领域对光学面形检测需求，有如下突出特点：(1)球面、非球面乃至自由曲面，被测面形复杂；(2)大口径元件以及复杂环境下高精度测量需要提高系统抗振能力。

鉴于目前的加工技术和应用需求，高精度光学面形检测方法目前主要分成三大类：接触测量、半接触测量和干涉测量。其中干涉测量因其具有非接触、全场测量速度快、测量精度高等优点，得到广泛应用。目前针对复杂面形的干涉测量方法有很多，但主要方法可分为两类：非零干涉检测法和零干涉检测法。

非零干涉检测法主要包括子孔径拼接法、亚奈奎斯特采样法、倾斜波测量法、部分补偿法、双波长测量法、剪切干涉法等。它不要求通过部分补偿器后的光线完全补偿待测面的法线像差，可有部分像差余量。由于补偿之后系统允许存在较大的波像差，因此部分补偿法降低了对补偿器的要求，从而降低了补偿镜的设计、加工难度以及制造成本。但相应的，因为允许存在部分剩余波像差，导致非零干涉装调难度增大，同时回程误差的存在也会降低测量精度，使其较零干涉测量精度较低。

零干涉检测法的实质是借助补偿器作为辅助光学元件，把平面波或球面波前转换为与被测面的理论形状重合的波前，即通过补偿镜来补偿被测面的法线像差。零检测法的关键元件是补偿器。计算全息图(CGH)补偿器作为一种基于光刻技术的补偿器，正逐步取代传统零补偿镜的地位，成为最常用的零补偿元件。CGH所记录信息方式的区别可以分为两类：一种是振幅型全息，另一种是位相型全息。当前基于光刻技术的石英基底振幅型CGH虽加工精度较高，但受原理限制其衍射效率低；位相型CGH衍射效率较高，但工艺复杂，误差来源多，线宽和精度受到一定限制。

另一方面，为了解决环境振动对传统机械移相干涉测量精度的影响，还可采用空间同步移相和波长移相等。空间同步移相干涉测量技术基本原理是同一时刻于不同空间位置采集具有一定相位差的干涉图，因此光路结构一般具有三个或者三个以上的移相单元，在每一个单元里面引入不同的相移量。现有空间同步移相干涉方法为了实现空间分光、移相等功能，往往需要在原有干涉测量系统基础上增加更为复杂的光学系统，甚至设计制作专门的衍射光学元件，如果采用同一面阵探测器则需解决空间分辨率降低的问题，如果采用不同探测器，则存在探测器空间不一致的问题。同时由于系统结构复杂，增加了误差来源，降低了测量精度。

发明内容