[发明专利]一种变倾角移相马赫-曾德尔干涉仪测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种变倾角移相马赫‑曾德尔干涉仪测量装置及方法。该装置包括光源变倾角移相组件、主干涉仪和成像组件，光源变倾角移相组件出射倾斜的平行光进入主干涉仪，主干涉仪中的参考光与测试光经分光棱镜重新会合后进入成像组件，在CCD靶面获得干涉图。方法为：首先光源变倾角移相组件产生与光轴平行的准直光，将补偿板置于主干涉仪中，调整补偿板的位置，在CCD上获得成像清晰的干涉图；然后调整反射镜使折转后的光束倾角发生变化，测试光经过补偿板引入不同光程差，在干涉图中引入不同移相量；最后采集到系列移相干涉图后，通过移相算法恢复相位。本发明具有成本低、结构紧凑、对比度好、操作简便的特点，可广泛应用于波前高精度检测领域。

技术领域

本发明属于光干涉测量仪器技术领域，特别是一种变倾角移相马赫-曾德尔干涉仪测量装置及方法。

背景技术

马赫-曾德尔型干涉仪采用被测光束与参考光束的分光路设计，与泰曼型不共光路干涉仪相比，马赫-曾德尔型干涉仪基本没有光返回到激光器中造成不稳定噪声，更有利于干涉测量。

目前，马赫-曾德尔型移相干涉仪主要是采用PZT移相器件来控制光程的变化，如将光纤绕在一管状PZT上，利用PZT的逆压电效应，当通过直流电压时，PZT管会沿直径方向膨胀或缩小，也就是其外径会产生变化，这就使绕在它上面的光纤会产生长度的变化而使其光程也产生变化，从而实现移相，但是这类方法成本高，结构复杂，且对控制电路的要求较高。

此外，还有采用偏振干涉技术来控制光程的变化，相比于时间移相干涉测试技术，能够在同一时间、不同空间位置获得多幅移相干涉图，有效地抑制了振动、空气扰动等时变因素的影响，其基本结构是通过前置辅助组件产生两束偏振态正交的光，经偏振分光棱镜分别引入到参考臂和测试臂，在测试臂中放入补偿板，经第二块偏振分光棱镜出射的两束正交偏振光无法形成干涉场，在后续光路中通过辅助组件，产生多幅偏振移相干涉图，然而其中偏振移相采集模块的制作困难且成本高，且结构复杂，从而导致整个仪器的成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精度高、成本低、方便实用的变倾角移相马赫-曾德尔干涉仪测量装置及方法。

实现本发明的技术解决方案为：一种变倾角移相马赫-曾德尔干涉仪测量装置，包括光源变倾角移相组件、主干涉仪和成像组件，所述光源变倾角移相组件包括共光轴顺次设置的点光源、准直物镜和第一反射镜，所述主干涉仪包括共光轴设置的第一分光棱镜、第二反射镜、第三反射镜、补偿板和第二分光棱镜，所述成像组件包括共光轴顺次设置的第一成像透镜、第二成像透镜和CCD；

所述光源变倾角移相组件出射倾斜的平行光，调整该平行光偏离光轴的角度，进入主干涉仪；主干涉仪中的参考光与测试光经第二分光棱镜重新会合后，进入成像组件；成像组件中第一成像透镜的后焦点与第二成像透镜的前焦点重合，形成双远心光路，在CCD(14)靶面获得经参考光与测试光相干叠加后形成的干涉图。

进一步地，所述光源变倾角移相组件中第一反射镜的倾角可调，通过调整第一反射镜的倾角改变入射到主干涉仪中的光束倾角，从而改变参考光与测试光之间的光程差，最终改变干涉图中的移相量；设定第一反射镜与45°初始位置的偏转角度为θ/2，则折转后的光束倾角为θ。

进一步地，所述主干涉仪包括共光轴设置的第一分光棱镜、第二反射镜、第三反射镜、补偿板和第二分光棱镜，具体如下：

经光源变倾角移相组件出射的倾角为θ的准直光进入到主干涉仪，然后被第一分光棱镜分成两路：一路光通过参考臂，即第二反射镜；另一路光通过测试臂，即第三反射镜和补偿板；最后两路光再经第二分光棱镜重新会合后，进入成像组件。

进一步地，入射到主干涉仪中的光束倾角为θ，测试光经过补偿板后，引入的光程差Δ(θ)为：

其中，H为补偿板的厚度，n为补偿板的折射率；