[发明专利]检测光束准直的剪切干涉仪

说明书

本发明属于光学仪器系统领域，主要用于光学与激光工程、光学与激光实验中光束准直的检测。

光束准直检测中现有的方法有：

（1）用平行平板作为剪切干涉仪观测零场干涉图形的存在与否作为评判光束准直的依据（Appl.Opt.3.1964，531-534）;日本公开专利JP52-57839（1977年5月12日）中也提到这种剪切方法。

（2）用多个角锥棱镜列阵的干涉法（Appl.Opt.9.1970，2590-2593）。

（3）用拼接双楔板剪切干涉仪或拼接双光栅干涉仪（Optics    and    Laser    Technology，20.1.1988，139-144）。

（4）美国专利4504147用立方棱镜贴置角锥棱镜和直角棱镜组成剪切干涉仪。

（5）美国专利4575248是用两块后向反射镜及分束镜构成剪切干涉仪。

上述几种方法均存在一些缺点：

1.方法（1）存在灵敏度不高，平行平板的平行度要求严格，难以达到要求;

2.方法（2）虽然精度有所提高，但造价昂贵，调校繁琐，实用性差，难于推广;

3.方法（3）虽然灵敏度较方法（1）提高了一倍，但在技术上难以保证拼接的两块板或两块光栅正确的相反角度的位置，而且随着楔板厚度增加所限制的被检验光束口径也在增加;

4.方法（4）和（5）其干涉仪结构复杂适用于激光辐射角发散或光束波面形状的测量，而不适用于检验光束的准直。

本发明的目的在于克服上述列举几种方法的不足之处，发明一种简单实用、造价低廉、易于推广的检测光束准直的干涉仪。

本发明的干涉仪是由入射光阑屏、剪切干涉板和干涉图形观测屏组成。其特征在于剪切干涉板是用一块有楔角B的楔形平板（以下简称为楔板）装入一可旋转360°的框架上，依被检测光束入射到该楔板并被楔板前、后两表面反射剪切干涉后，由干涉条纹方向、倾角及宽度变化来确定光束的准直程度。也就是说，自被检测系统发出光束的波面W入射到可旋转的剪切干涉楔板上，该波面W经楔板WP的前、后表面反射后，相应得到沿X轴方向 上剪切、其剪切量为S的两剪切波面为Wf和Wb，并且由于楔板WP有楔角B，而使两剪切波面Wf和Wb之间的夹角为2nB（其中n是楔板材料的折射率）。若楔板WP再旋转180°时，呈现的两辐剪切干涉图形的干涉条纹方向和宽窄一致，则是准直光束;否则将是非准直光束。当入射光束以45°入射角入射至楔板WP上时，则剪切干涉图形的观测位置是在与楔板法线成45°角的出射方向上，即入射光束与出射光束成90°角;若入射光束以大于或小于45°角的方向入射至楔板WP上时，则干涉图形的观测位置也在相应与楔板法线成大于或小于45°角的方向上观测。因此，本发明的干涉仪可以将入射光阑屏，楔板WP与观测屏设计成为一体式的，即入射光阑屏的光轴与干涉图形观测屏的光轴成90°角且与楔板的法线在同一平面内;对于楔板而言，为了适用于不同入射角与出射角的光束，本发明的干涉仪也可以使入射光阑屏、楔板WP及观测屏分别放置称为分离式的。

根据被观测的条纹方向，被检测系统的离焦量△f表示为：

△f＝ 1/(S) nBf²（a₊-a_-）-（1）

（1）式中：f-被测系统的焦距;

n-楔板玻璃材料的折射率;

B-楔板的楔角;

s-剪切量;

a₊，a_--楔板在0°位置及180°位置时相应的干涉条纹与X轴的倾角。

本干涉仪中，光束剪切量S表达式为：

S=[h·sin(2i)]n2-sin2i]]>---(2)

（2）式中：i-入射光束在楔板WP上的入射角;

n-楔板玻璃材料的折射率;

h-楔板的厚度。

关于楔角B的选取，从（1）式看出，当△f一定时，B越小，则a或a将会越大，这对a角的测试有利;但根据条纹宽度d的公式：

d＝λ/（2nB）-（3）

（3）式中：λ-检测时所使用光束的波长。