[发明专利]一种变倾角相移掠入射干涉仪测量装置及方法

权利要求书

1.一种变倾角相移掠入射干涉仪测量装置，其特征在于，包括光源变倾角相移调制组件(1)、主干涉仪系统(7)、折反镜(10)和成像系统(11)；所述光源变倾角相移调制组件(1)包括顺次设置的激光器(2)、激光耦合器(3)、单模光纤(4)、相移调制器(5)和准直透镜(6)；所述主干涉仪系统(7)包括共光轴依次设置的等腰棱镜(8)和待测件(9)；所述成像系统(11)包括共光轴依次设置的第一成像透镜(12)、第二成像透镜(13)和CCD(14)；

所述激光器(2)、激光耦合器(3)产生的光源通过单模光纤(4)产生标准点光源，标准点光源发出的球面波经准直透镜(6)出射准直光束，通过相移调制器(5)调整点光源在准直透镜(6)前焦面上距光轴的距离，改变出射准直光束的倾角得到倾斜准直光束；倾斜准直光束进入主干涉仪系统(7)，在等腰棱镜(8)斜面处分为测试光和参考光，其中测试光经等腰棱镜(8)斜面折射后近掠入射到待测件(9)，经待测件(9)反射后与等腰棱镜(8)斜面返回的参考光会合形成干涉场，经折反镜(10)后进入成像系统(11)，经过第一成像透镜(12)和第二成像透镜(13)，在CCD(14)上形成相移干涉图；

所述等腰棱镜(8)的入射和出射两个腰面镀有增透膜，斜面作为参考面；准直光束正入射棱镜时，测试光在待测面(9)的掠入射角α由等腰棱镜(8)的材料折射率n及底角δ决定，且满足sinα＝nsinδ；

所述成像系统(11)中第一成像透镜(12)的后焦点与第二成像透镜(13)的前焦点重合，构成双远心成像光路，保证整个测试区域能成像到CCD(14)；第一成像透镜(12)的焦距f₁与第二成像透镜(13)的焦距f₂满足f₁/f₂≥D/L，其中，D为测试光束的口径，L为CCD(14)的靶面宽度；

所述CCD(14)的靶面与主干涉仪系统(7)中待测件(9)共轭，CCD(14)的靶面与第二成像透镜(13)像方主面之间的间距l'为其中，l_t为待测件(9)到第一成像透镜(12)物方主面的距离，f₁为第一成像透镜(12)的焦距，f₂为第二成像透镜(13)的焦距。

2.一种变倾角相移掠入射干涉仪测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，激光器(2)、激光耦合器(3)产生的光源通过单模光纤(4)产生标准点光源，标准点光源发出的球面波经准直透镜(6)出射准直光束，通过相移调制器(5)调整点光源在准直透镜(6)前焦面上距光轴的距离，改变出射准直光束的倾角得到倾斜准直光束；

步骤2，倾斜准直光束进入主干涉仪系统(7)，在等腰棱镜(8)斜面处分为测试光和参考光，其中测试光经等腰棱镜(8)斜面折射后近掠入射到待测件(9)，经待测件(9)反射后与等腰棱镜(8)斜面返回的参考光会合形成干涉场；

步骤3，所形成的干涉场经折反镜(10)后进入成像系统(11)，经过第一成像透镜(12)和第二成像透镜(13)，在CCD(14)上形成相移干涉图；

步骤4，通过相移调制器(5)调制出射准直光束的倾角，改变参考光及测试光间的光程差，在干涉图中引入不同相移量；

步骤5，依次采集到系列相移干涉图后，通过相移算法恢复待测件(9)的面形分布；

步骤2中所述倾斜准直光束进入主干涉仪系统(7)，入射到主干涉仪系统(7)的准直光束倾角为θ，在相干光束间引入的光程差为：

Δ(θ)＝2H(cosαcosθ+sinαsinθ)

其中，H为干涉腔长，α为准直光束正入射棱镜时测试光在待测面的掠入射角；

在干涉图中引入的相移量为：

其中k＝2π/λ为波数，λ为波长。