[发明专利]偏振移相结合PZT移相的短相干光源系统及实验方法

说明书

本发明公开了一种偏振移相结合PZT移相的短相干光源系统及实验方法，短相干光经过PBS分为p光和s光，分离的p光和s光经过特定的光路折返进入光纤耦合器耦合至光纤中，并通过光纤匹配套管与干涉系统相连接，实现光源的偏振移相和PZT移相。本发明克服了传统干涉仪的光源与干涉系统一体的模式，通过保偏光纤将光源模块和干涉系统连接，光源的切换更加方便，利用短相干光源的特性，消除了光学元件自身特性形成杂纹对结果的影响，在光源模块加入了PZT移相和偏振移相相结合的移相方式，测量结果可以相互验证并进行误差分析，能够得到高精度的测量结果。

技术领域

本发明属于光源干涉移相领域，具体涉及一种偏振移相结合PZT移相的短相干光源系统及实验方法。

背景技术

平面光学元件是光学系统中应用最广泛的基本的光学元件，在天文、军事、航天、能源等各个领域之中发挥了重要作用，包括太空望远镜，可控惯性约束核聚变装置等。在这些大型光学装置中，平面光学以最近几十年新项目为标志，这些项目导致对光学元件的工艺要求不断提高。激光干涉仪引力波天文台（LIGO）探测器，与激光器产生惯性约束聚变，例如美国国家点火装置（NIF）。其绝对测量精度取决于参考板中工作表面的制造精度。如果没有足够的计量支持，光学元件的精确制造是不可能的。干涉仪所采用的光学干涉法，如经典干涉、全息干涉、散斑干涉和云纹干涉等，已成为测量变形、形状和折射率变化等物理量的重要和常用的手段^[29]。由于通常记录的是干涉光场的强度，而与被测物理量直接相关的往往是隐含其中的光学位相，需要从光强分布中提取出位相信息的方法，这种方法称为位相测量方法。

利用四步移相法进行测量待测元件时，需要进行移相，最常用的移相测量方法有外差法、时域相移法、空域相移法等，其中外差法精度最高，可达1/1000波长，但系统较复杂，应用相对较少；时域相移法包括PZT移相和波长移相等方法，应用广泛但对环境要求较高，测量时需要维持一段时间内的环境稳定；空域相移法中偏振移相较为常用，其优点是可以同时采集四幅移相的干涉图，可以有效的消除环境因素对测量的影响，但由于偏振移相中会出现1/4波片方位角误差和延迟量误差，需要进行一定的校准。因此本发明提出一种偏振移相结合PZT移相的短相干光源系统及实验方法，在实现同步移相的同时减小测量误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种偏振移相结合PZT移相的短相干光源系统及实验方法，能够将时间移相和空间移相相结合，既能够利用偏振移相的空间移相方式避免环境扰动对测量的影响，又能够利用PZT移相的时间移相方式相对比，提高了测量结果的准确度和效率。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种偏振移相结合PZT移相的短相干光源系统及实验方法，实验装置包括短相干光源、第一保偏光纤、第二保偏光纤、第三保偏光纤、第一光纤匹配套管、第二光纤匹配套管、光纤准直器、起偏器、半波片、反射镜、偏振分光棱镜、PZT移相模块（包括角锥棱镜和PZT定位台）、延迟光程匹配模块、光纤耦合器、负透镜、分光棱镜、成像透镜、1/4波片、偏振CCD相机、准直透镜、参考镜、待测镜。

激光器出光经由光路系统在偏振CCD相机靶面上形成干涉场，在偏振CCD相机中可以得到四幅偏振移相的条纹，再通过调节PZT定位台实现四步移相得到PZT移相的干涉图。

一种偏振移相结合PZT移相的短相干光源系统的实验方法，步骤如下：

步骤一、打开短相干激光器，将第一保偏光纤通过第一光纤匹配套管与第二保偏光纤连接；

步骤二、依次调节起偏器、半波片的位置，通过调节光纤耦合器将空间准直光耦合进入第三保偏光纤；

步骤三、通过调节延迟光程匹配模块使得第一透射光和第一反射光的光程差与参考镜的后表面和待测镜前表面间距相同，得到稳定的四幅不同偏振模式的干涉图，实现偏振移相；

步骤四、通过调节PZT定位台上的角锥棱镜的位置，每次移动λ/4，实现PZT移相，并采取四幅干涉图；