[发明专利]一种将空间载频相移算法用于四波横向剪切干涉仪波前斜率解调的方法

说明书

本发明涉及一种将空间载频相移算法用于四波横向剪切干涉仪波前斜率解调的方法，属于光学检测领域。该方法将空间载频相移算法用于四波横向剪切干涉仪波前斜率的解调，以最终实现全口径、高精度的动态波前测量。具体通过控制光栅周期与图像传感器像素尺寸之间的关系，来控制载波条纹相邻像素之间的相移量，并最终选择合适的相移算法实现波前斜率的解调。相比于传统四波横向剪切干涉仪利用快速傅里叶变换方法(Fast Fourier Transform,FFT)解调波前斜率，本方法计算过程简单，不存在FFT方法涉及的频谱截断与边缘效应，可以实现高精度的全口径动态波前测量。

技术领域

本发明属于先进光学制造与检测领域，具体涉及一种将空间载频相移算法用于四波横向剪切干涉仪波前斜率解调的方法。

背景技术

干涉仪是以光的波长为计量单位的一种高精度、高灵敏度的计量测试仪器，它在光学测量中有广泛的应用。干涉条纹是干涉仪干涉场中光程差相同的点的轨迹，根据干涉条纹的形状、移动、疏密程度等就可解调得到被测光的光程差信息。

四波横向剪切干涉仪是2000年由法国科学家Jerome Primo等提出的一种光栅型横向剪切干涉仪。被测光经光栅衍射，90％以上的衍射光能量集中在四束一级衍射光。这四束一级衍射光沿各自的衍射角方向向前传输，最终在观察屏上相互错位且相干叠加，形成干涉条纹。通过对干涉条纹进行处理，解调得到条纹相位，就能求得被测光的波前斜率，最后利用复原算法得到光程差信息。

当前从干涉条纹解调相位的方法主要有三种，分别为条纹法，FFT(Fast FourierTransform)法和移相法，其中移相法的精度最高，但是其需要采集多幅不同相移量的干涉图，对外界环境振动比较敏感；条纹法和FFT法只需要一幅干涉图，受环境振动的影响较小，可用于动态测量，但处理精度较低。鉴于此，1990年Shough等人提出了空间载频相移(Spatial-carrier phase shifting SCPS)法，其具体方法是通过控制两干涉光束的夹角得到相邻像素点的载波相移量等于π/2的干涉图，并假设几个相邻点在被测面上的相位相同，那么在空间中相邻的几个像素点就可以替代时域中通过移相器移相得到的像素点，然后通过移相公式就可计算相位。空间载频相移法虽然只处理单幅干涉图，但是其处理结果可以近似达到移相法的处理精度，同时结合了FFT法动态测量和移相法高精度的优点。

传统的四波横向剪切干涉仪解调干涉条纹相位的方法为FFT法，但由于FFT法中边缘效应、频谱截断和谱分辨率局限等因素的影响，致使其算法运算量较大且处理结果精度受到影响。

本发明将空间载频相移方法用于四波横向剪切干涉仪，通过控制光栅周期与图像传感器像素尺寸之间的关系来控制载波条纹相邻像素点之间的相移量，利用相移算法实现干涉条纹相位即波前斜率的高精度复原，最终实现光程差高精度动态测量。

发明内容

本发明的目的是将空间载频相移法用于四波横向剪切干涉仪干涉条纹相位，即被测光波前斜率的解调，实现光程差的高精度动态测量。该方法首先通过控制光栅周期与图像传感器像素尺寸之间的关系，使得相邻像素之间的载波相移量为π/2，然后利用相移算法求解得到四个方向的波前斜率。

本发明采用的技术方案是：一种将空间载频相移算法用于四波横向剪切干涉仪波前斜率解调的方法，包括：

步骤一、构建四波横向剪切干涉仪系统，包括：

二维复振幅光栅，用于产生四束一级衍射光，该二维复振幅光栅由振幅光栅和相位光栅叠加而成，振幅光栅周期为p×p,通光孔尺寸为相位光栅由0相位和π相位交替排列而成，周期为2p×2p；

图像传感器，用于采集干涉条纹,像素尺寸