[发明专利]四波前横向剪切干涉波前传感器的剪切率标定装置及方法

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剪切率标定装置及方法。本发明的技术特点是引入刻蚀有阶跃边界图案的位相板对光波位相进行调制，采用剪切波前重构算法重构出两正交方向上的剪切波前，再结合边界特征提取算法计算出剪切量大小，从而实现对四波横向剪切干涉波前传感器剪切率的高精度检测。本发明的优点在于，解决了传统基于理论公式的剪切率计算方法由于各元件的相对位置难以精确确定而引入较大误差的问题，通过引入边界阶跃变化的位相板，剪切量信息很清晰的反映在两正交方向上剪切波前中，采用边界特征提取算法可以很高精度的计算出四波横向剪切波前传感器的剪切率大小，为波前传感器的高精度检测提供保障。

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剪切率标定装置及方法。

背景技术

随着科技的发展，军事、航空、电子等领域对光学元件的质量越来越高。传统的干涉仪，例如斐索干涉仪、泰曼格林干涉仪受限于参考镜的质量以及对振动敏感，应用领域受到很大限制。具有共路特性的波前传感器能很好的克服传统干涉仪的不足，实现快速、高精度检测。

目前波前传感器主要有：Shack-Hartmann波前传感器和四波横向剪切干涉波前传感器。其中，Shack-Hartmann波前传感器通过检测会聚光束的中心偏移，从而得到待测波前的梯度信心。受限于微透镜阵列的尺寸和数量，Shack-Hartmann波前传感器检测的空间分辨率很低。四波横向剪切干涉波前传感器主要分为交叉光栅横向剪切干涉(CGLSI)波前传感系统，改进的Hartmann模板(MHM)波前传感系统以及基于随机编码混合光栅(REHG)的波前传感系统。现如今，四波横向剪切干涉系统的波前解调算法主要分为模式重建算法和区域重建算法。而这两种算法都需要精确知道系统剪切率的大小。重构过程中，如果剪切率存在误差，将会引入较大的重构误差，影响测量精度。

图1所示为发明的四波横向剪切干涉波前传感器的剪切率标定装置示意图。传统的剪切率计算方法大多为基于如下式所示的剪切率原理公式来确定，

其中，β为剪切率，l为光栅与探测器间距，D为光束口径，λ为光源波长，d为光栅栅距。而实光学元件间距难以精确确定，从而引入较大的误差。引入带有边界阶跃变化刻蚀图案的位相板对光波位相进行调制，采用剪切波前重构算法重构出两正交方向上的剪切波前，再结合边界特征提取算法计算出剪切量大小，从而实现对四波横向剪切干涉波前传感器剪切率的高精度检测。

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剪切率标定装置及方法。

四波横向剪切干涉波前传感器的剪切率标定装置，包括位相板(S1)、四波横向剪切光栅(S2)以及探测器(S3)；

所述的位相板(S1)为刻蚀有阶跃边界图案的石英或玻璃平板；刻蚀图案包括矩形凹槽、“回”形凹槽、三角形凹槽。

所述的刻蚀有阶跃边界图案的位相板，刻蚀深度h满足h≤λ₀/[4(n-1)]，其中λ₀为光源中心波长，n为基底材料折射率。

四波横向剪切光栅(S2)为随机编码混合光栅；

待测波前W(x,y)可表示为

其中，F(u,v)是待测波前W(x,y)傅里叶变换后的待测波前频谱。

四波横向剪切干涉波前传感器的剪切率标定装置实现标定的方法，包括如下步骤：

步骤(1)光源出射光经准直扩束后入射到位相板(S1)上被位相板(S1)上刻蚀图案调制形成待测波前，再经四波横向剪切光栅(S2)后形成干涉图，成像在探测器(S3)像面上；

步骤(2)采用傅里叶变换方法分别重构出x和y方向剪切波前；