一種使用旋轉徑向光柵的斐索型同步移相干涉測試裝置製造方法
2023-05-30 17:09:56
一種使用旋轉徑向光柵的斐索型同步移相干涉測試裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供一種使用旋轉徑向光柵的斐索型同步移相干涉測試裝置，包括斐索型幹涉光路部分和都卜勒頻移調諧移相部分，且斐索型幹涉光路部分位於都卜勒頻移調諧移相部分的前端，其中斐索型幹涉光路部分由雷射器、擴束鏡、分光鏡、第一準直物鏡、參考鏡和測試鏡依次排列組成；都卜勒頻移調諧移相部分包括第二準直物鏡、電機、徑向光柵、成像透鏡和探測器依次排列組成，上述所有光學器件相對於基底同軸等高，即相對於光學平臺或儀器底座同軸等高；本發明具有能夠實現大口徑光學元件在長腔長測試環境下的面形動態測量的優點，且成本較低。
【專利說明】一種使用旋轉徑向光柵的斐索型同步移相干涉測試裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及光幹涉計量測試領域，特別是一種使用旋轉徑向光柵的斐索型同步移相干涉測試裝置。
【背景技術】
[0002]隨著科學技術的發展，大型光學元件在天文、航天、能源等前沿科學領域逐漸得到廣泛應用，越來越多的場合需要檢測、校準大中型光學元件或光學系統。例如我國正在研製的神光高功率固體雷射裝置中有成千上萬塊大口徑光學元件，根據應用需求，其中許多光學元件需在布儒斯特角或小角度下進行測量，此時，幹涉腔長較長(大於2米)。又如對大口徑天文望遠鏡中的主鏡或長焦距透鏡等進行測量時，幹涉腔長也經常達到幾米甚至更長。而這些應用場合對大口徑光學元件的面形精度要求很高，因此，如何實現長腔長下大口徑光學元件的高精度檢測是保證鏡面加工質量的關鍵，也是提高整個光學系統精度的關鍵。
[0003]移相干涉測試技術通過對幹涉場的調製產生移相，再根據採集的若干幅移相干涉圖恢復待測物理量，顯著提升了幹涉檢測的精度和自動化程度，被廣泛應用於光學元件面形和光學系統成像質量的評價。然而，環境擾動尤其是振動始終是移相干涉測試技術的主要誤差源。同步移相干涉測試技術是目前抗振效果最好的幹涉測試技術，該技術在瞬間同時採集三幅或三幅以上的移相干涉圖，因此，環境擾動對這些幹涉圖的影響是相同的。
[0004]現有的同步移相方案一般都基於偏振移相原理，如專利《使用微透鏡陣列的同步移相干涉測試方法及裝置》(專利號:CN201110338856.6)中將幹涉儀的參考光與測試光分為多路，每一路通過偏振器件(偏振片或波片)引入不同移相量，因此能夠「瞬時」採集到所需的移相干涉圖，避免了振動這類時變誤差因素對幹涉測量的影響，但是該方法採用泰曼型幹涉儀結構，因為泰曼型結構中參考光與測試光共光路部分較少，容易在不同的光路中得到偏振方向正交的參考光與測試光實現偏振移相。而斐索型幹涉儀由於其共光路特點，其參考光和測試光均含有P光和S光分量,不易分離,如何引入偏振移相成為難點。2008年，南京理工大學的徐晨等人提出一種基於電流調製半導體雷射器的短相干光源、使用光柵分光的斐索型同步移相干涉儀，其博士論文《動態幹涉測試技術與應用研究》中有詳細描述。但是，該類方案均採用短相干光源實現光程差匹配，無法實現長腔長下的幹涉測試。本發明所述的一種使用旋轉徑向光柵的斐索型同步移相干涉測試裝置可以在長腔長測試環境下對大口徑光學元件進行測試，彌補了在長腔長環境下測試大口徑光學元件的空白。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供一種使用旋轉徑向光柵的斐索型同步移相干涉測試裝置，能夠實現大口徑平面光學元件在長腔長下測量，測量精度高。
[0006]一種使用旋轉徑向光柵的斐索型同步移相測試裝置，包括斐索型幹涉光路部分和都卜勒頻移調諧移相部分，且斐索型幹涉光路部分位於都卜勒頻移調諧移相部分的前端，其中斐索型幹涉光路部分由雷射器、擴束鏡、分光鏡、第一準直物鏡、參考鏡和測試鏡依次排列組成；都卜勒頻移調諧移相部分包括第二準直物鏡、電機、徑向光柵、成像透鏡和探測器依次排列組成，上述所有光學器件相對於基底同軸等高，即相對於光學平臺或儀器底座同軸等聞;
雷射器發出的光經擴束鏡擴束，透過分光鏡，再經過第一準直物鏡準直成平行光，平行光入射到參考鏡上，一部分反射後形成參考光，另一部分透過參考鏡入射到測試鏡上，反射後形成測試光，之後參考光和測試光沿原路反射回分光鏡，經分光鏡反射後進入後續的都卜勒頻移調諧移相部分中；
斐索型幹涉光路部分得到的參考光和測試光經過第二準直物鏡後準直成平行光，再經過旋轉徑向光柵形成O級和±1級衍射光，三束不同頻率的衍射光以不同的角度入射到成像透鏡上，經成像透鏡成像在探測器像面的不同位置上。
[0007]經分光鏡反射後的光線與第二準直物鏡共光軸，並進入第二準直物鏡；探測器是面陣CCD相機；電機控制徑向光柵旋轉,旋轉面垂直於光軸。
[0008]本發明與現有技術相比，其顯著優點為:
(1)相比於現有的同步移相干涉測試系統，本發明無需偏振調製，光學元件少，系統結構簡單；
(2)能夠實現大口徑光學元件在長腔長下的面形測量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明使用旋轉徑向光柵的斐索型同步移相測試光路結構示意圖。
【具體實施方式】
[0010]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步說明。
[0011]結合圖1，一種使用旋轉徑向光柵的斐索型同步移相干涉測試裝置由斐索型幹涉光路部分12和都卜勒頻移調諧移相部分13兩大部分組成，且斐索型幹涉光路部分12位於都卜勒頻移調諧移相部分13的前端。
[0012]在斐索型幹涉光路部分12中，各器件按前後順序依次為:雷射器1、擴束鏡2、分光鏡3、第一準直物鏡4、參考鏡5和測試鏡6,所有器件相對於基底(光學平臺或儀器底座)同軸等高。其工作過程為:雷射器I發出的光經擴束鏡2擴束，透過分光鏡3，再經過第一準直物鏡4準直成平行光，平行光入射到參考鏡5上，一部分反射後形成參考光，另一部分透過參考鏡5入射到測試鏡6上，反射後形成測試光，之後參考光和測試光沿原路反射回分光鏡3，經分光鏡反射後進入後續的都卜勒頻移調諧移相部分13。
[0013]在都卜勒頻移調諧移相部分13中，各器件按前後順序依次為:第二準直物鏡7、電機8控制的高速旋轉徑向光柵9、成像透鏡10和探測器11，所有器件相對於基底(光學平臺或儀器底座)同軸等高。其工作過程為:斐索型幹涉光路部分12得到的參考光和測試光經過第二準直物鏡7後準直成平行光，再經過旋轉徑向光柵9形成O級和±1級衍射光(光柵設計時，抑制更高級次的光束)，三束不同頻率的衍射光以不同的角度入射到成像透鏡10上，經成像透鏡10成像在探測器11像面的不同位置上。探測器11是面陣CXD相機。
【權利要求】
1.一種使用旋轉徑向光柵的斐索型同步移相干涉測試裝置，其特徵在於:包括斐索型幹涉光路部分[12]和都卜勒頻移調諧移相部分[13]，且斐索型幹涉光路部分[12]位於都卜勒頻移調諧移相部分[13]的前端，其中斐索型幹涉光路部分[12]由雷射器[I]、擴束鏡[2]、分光鏡[3]、第一準直物鏡[4]、參考鏡[5]和測試鏡[6]依次排列組成；都卜勒頻移調諧移相部分[13]包括第二準直物鏡[7]、電機[8]、徑向光柵[9]、成像透鏡[10]和探測器[11]依次排列組成，上述所有光學器件相對於基底同軸等高，即相對於光學平臺或儀器底座同軸等高；雷射器[I]發出的光經擴束鏡[2]擴束，透過分光鏡[3]，再經過第一準直物鏡[4]準直成平行光，平行光入射到參考鏡[5]上，一部分反射後形成參考光，另一部分透過參考鏡[5]入射到測試鏡[6]上，反射後形成測試光，之後參考光和測試光沿原路反射回分光鏡[3]，經分光鏡[3]反射後進入後續的都卜勒頻移調諧移相部分[13]中； 斐索型幹涉光路部分[12]得到的參考光和測試光經過第二準直物鏡[7]後準直成平行光，再經過旋轉徑向光柵[9]形成O級和±1級衍射光，三束不同頻率的衍射光以不同的角度入射到成像透鏡[10]上，經成像透鏡[10]成像在探測器[11]像面的不同位置上。
2.根據權利要求1所述的使用旋轉徑向光柵的斐索型同步移相干涉測試裝置，其特徵在於:經分光鏡[3]反射後的光線與第二準直物鏡[7]共光軸，並進入第二準直物鏡[7]。
3.根據權利要求1所述的使用旋轉徑向光柵的斐索型同步移相干涉測試裝置，其特徵在於:探測器[11]是面陣CCD相機。
4.根據權利要求1所述的使用旋轉徑向光柵的斐索型同步移相干涉測試裝置，其特徵在於:電機[8]控制徑向光柵[9]旋轉,旋轉面垂直於光軸。
【文檔編號】G01B9/02GK104075655SQ201310101855
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年3月27日 優先權日:2013年3月27日
【發明者】李建欣, 郭仁慧, 王小鋒, 沈華, 馬駿, 朱日宏, 陳磊, 何勇, 高志山, 王青, 季榮 申請人:南京理工大學