本发明专利技术涉及一种条纹对比度可调的偏振型米勒干涉装置及测量方法。偏振型米勒干涉装置包括依次从上到下设置的CCD探测器、成像透镜、检偏器、四分之一波片、分光板、显微物镜、参考反射镜和纳米线栅偏振器及依次从右到左设置在分光板右侧的偏振激光器、偏振器和准直扩束系统。测量方法为：以45°旋转步长、沿同一方向对检偏器的透光轴进行5次旋转，在CCD探测器上得到5幅相位分别相差90°的移相干涉条纹图，再利用五步移相算法即可实现测量；调节偏振器的透光轴方向即可实现条纹对比度的调节。本发明专利技术能方便地调节条纹对比度，有效解决纳米线栅偏振器反射光消光比低而导致的移相干涉条纹对比度不一致问题，满足低反射率待测样品的高精度测量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学测量
，尤其涉及一种条纹对比度可调的偏振型米勒干涉 装置及测量方法。
技术介绍
随着现代精密测量技术发展，米勒干涉仪由于其结构紧凑、测量精度和空间分辨 率高等特点在光学探测以及计量领域得到了广泛应用，比如生物医学、光学轮廓及尺寸结 构等的非接触测量。米勒干涉系统的基本原理与迈克尔逊干涉仪一致，二者之间的不同之 处在于其参考臂的物理位置不同，前者的参考臂位于一个由显微物镜、参考镜和分光板所 组成的米勒物镜中。传统的米勒干涉仪由于其测量臂和参考臂之间的相对光强比固定不 变，导致其干涉条纹对比度不可调，故无法满足不同反射率、尤其是低反射率待测样品的高 精度测量。为了实现条纹对比度的可调，出现了各种偏振型米勒干涉系统，一般采用一对波 片或者反射型半波片来实现对检测路或者参考路光束偏振态的变换，通过调节检测路和参 考路不同偏振态光束之间的相对强度来实现干涉条纹对比度的调整。同时在系统中引入光 束偏振态，可直接利用偏振特性进行多步移相干涉检测，避免了传统米勒干涉仪中需要使 用价格高昂的纳米定位平台来实现高精度移相的问题，同时也减少受外界振动的影响。但 目前的偏振型米勒干涉系统普遍结构复杂，都需要采用复杂的特殊偏振器件，制造成本高， 调节难度大，测量较不方便，测量精确度不高，无法满足不同反射率、尤其是低反射率待测 样品的高精度测量。
技术实现思路
本专利技术主要解决原有偏振型米勒干涉系统普遍结构复杂，需要采用复杂的特殊偏 振器件，制造成本高，调节难度大，测量较不方便，测量精确度不高的技术问题；提供一种条 纹对比度可调的偏振型米勒干涉装置及测量方法，其结构简单，减少成本，调节方便，便于 测量，提高测量精确度，尤其满足低反射率待测样品的高精度测量。 本专利技术另一目的是提供一种， 有效解决纳米线栅偏振器反射光消光比低而导致的移相干涉条纹对比度不一致问题，操作 方便，提高测量精确度，满足低反射率待测样品的高精度测量。 本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本专利技术的条纹对 比度可调的偏振型米勒干涉装置，包括偏振激光器、偏振器、准直扩束系统、分光板、显微物 镜、纳米线栅偏振器、参考反射镜、四分之一波片、检偏器、成像透镜和CCD探测器，纳米线 栅偏振器设在装置的最下方，参考反射镜放在纳米线栅偏振器上方，显微物镜位于参考反 射镜上方，CCD探测器、成像透镜、检偏器和四分之一波片依次从上到下设置并且位于显微 物镜的上方，分光板与X轴方向呈45°角倾斜设置，并且分光板位于所述的四分之一波片 和所述的显微物镜之间，偏振激光器、偏振器及准直扩束系统依次从左到右设置并且位于 所述的分光板的右侧。检测时，待测样品放置在纳米线栅偏振器的下方，偏振激光器发出偏 振光，经偏振器、准直扩束系统到分光板，再经分光板、显微物镜、纳米线栅偏振器到待测样 品，经待测样品反射后，又经纳米线栅偏振器、参考反射镜、显微物镜、分光板、四分之一波 片、检偏器和成像透镜，最后在CCD探测器上得到干涉条纹。旋转检偏器的透光轴，在CCD 探测器上得到5幅相位分别相差90°的移相干涉条纹图，再利用五步移相算法即可实现对 待测样品的测量。通过调节偏振器的透光轴方向即可实现条纹对比度的调节。本技术方案 结构简单，减少成本，调节方便，便于测量，提高测量精确度，尤其满足低反射率待测样品的 高精度测量。作为优选，所述的纳米线栅偏振器包括透明玻璃基板及镀于透明玻璃基板上的多 条互相平行的金属纳米线栅，所述的金属纳米线栅的宽度相同，相邻两条金属纳米线栅之 间的间距相同。作为优选，所述的金属纳米线栅的材质为铝材质或金材质。作为优选，所述的参考反射镜的玻璃基板的厚度和所述的纳米线栅偏振器的透明 玻璃基板的厚度相同，参考反射镜的玻璃基板所用材质和纳米线栅偏振器的透明玻璃基板 所用材质相同。对纳米线栅偏振器的玻璃基底对于检测光所额外引入的像差起到很好的补 偿作用。本专利技术的条纹对比度可调的偏振型米勒干涉装置的测量方法为：检测时，待测样 品放置在所述的纳米线栅偏振器的下方，所述的偏振激光器发出的偏振光先经过所述的偏 振器再经过所述的准直扩束系统扩束后照射到所述的分光板，接着经分光板的反射进入所 述的显微物镜后变为会聚光束，再经过刻线方向与X轴方向平行的所述的纳米线栅偏振 器，将光速分成透射光P和反射光S，透射光P和反射光S分别作为检测光和参考光，透射 光P经过待测样品反射回来为反射光P'，反射光s经过所述的参考反射镜反射回来为反射 光S'，反射光P'和反射光S'分别再次经过纳米线栅偏振器的透射和反射后会合，再分别经 过显微物镜后变为平行光，再经快轴方向与X轴成45°夹角的所述的四分之一波片9,变为 两个旋向相反的圆偏振光，再依次经过所述的检偏器10和所述的成像透镜11，最后在所述 的CCD探测器上得到干涉条纹；通过以45°旋转步长、沿同一方向对所述的检偏器的透光 轴进行5次旋转，即在所述的CCD探测器上得到5幅相位分别相差90°的移相干涉条纹图， 再利用五步移相算法即可实现对待测样品的测量；通过调节所述的偏振器的透光轴方向即 可调整检测光和参考光之间的相对光强，实现条纹对比度的调节。调节方便，便于测量，提 高测量精确度，满足不同反射率、尤其是低反射率待测样品的高精度测量。 作为优选，所述的测量方法包括移相干涉条纹对比度不一致的校正方法：旋转所 述的偏振器的透光轴到对应干涉条纹对比度较理想的位置，以45°旋转步长、沿同一方向 对所述的检偏器的透光轴进行5次旋转，在所述的CCD探测器上得到第一组五步移相干涉 条纹再将所述的偏振器的透光轴旋转90°，然后再以45°旋转步长、沿同一方向对 所述的检偏器的透光轴进行5次旋转，在所述的CCD探测器上得到第二组五步移相干涉条 纹/ ;将所得到的两组五步移相干涉条纹中对应同相位的每两幅干涉条纹图进行叠加， 可得到一组条纹对比度一致的五步移相干涉条纹I(?π/2)，即j= -2, _1，0,1，2,上标（jπ/2)表示对应的相移量，从而完成高精度测量。有效解 决纳米线栅偏振器反射光消光比低而导致的移相干涉条纹对比度不一致问题，操作方便， 提高测量精确度，满足低反射率待测样品的高精度测量。 本专利技术的有益效果是：采用加工工艺成熟的纳米线栅偏振器作为偏振分光镜，实 现检测光路和参考光路的偏振分光，进而实现干涉条纹对比度的可调，同时通过旋转偏振 器实现检测光路和参考光路的光能量互换，并对旋转变换前后的两组干涉条纹进行叠加， 进而校正了由于纳米线栅偏振器存在反射光消光比低而导致的移相干涉条纹对比度不一 致问题，本专利技术不但实现条纹对比度的可调，满足不同反射率及低反射率待测样品的高精 度测量需要，同时还极大地降低系统对于偏振器的性能要求、加工工艺的要求以及制作成 本，操作简单，测量方便，有利于大量推广应用。【附图说明】图1是本专利技术条纹对比度可调的偏振型米勒干涉装置的一种系统连接结构示意 图。图2是本专利技术条纹对比度可调的偏振型米勒干涉装置中纳米线栅偏振器的一种 结构示意图。 图3是实施例中对台阶进行测量时的第一组五步移相干涉条纹图。 图4是实施例中对台阶进行测量时校正后的对比度一致的五步移相干涉条纹图。 图5是实施例中对台阶进本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种条纹对比度可调的偏振型米勒干涉装置，其特征在于包括偏振激光器(1)、偏振器(2)、准直扩束系统(3)、分光板(4)、显微物镜(5)、纳米线栅偏振器(6)、参考反射镜(7)、四分之一波片(9)、检偏器(10)、成像透镜(11)和CCD探测器(12)，纳米线栅偏振器(6)设在装置的最下方，参考反射镜(7)放在纳米线栅偏振器(6)上方，显微物镜(5)位于参考反射镜(7)上方，CCD探测器(12)、成像透镜(11)、检偏器(10)和四分之一波片(9)依次从上到下设置并且位于显微物镜(5)的上方，分光板(4)与X轴方向呈45°角倾斜设置，并且分光板(4)位于所述的四分之一波片(9)和所述的显微物镜(5)之间，偏振激光器(1)、偏振器(2)及准直扩束系统(3)依次从左到右设置并且位于所述的分光板(4)的右侧。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王道档，徐杨波，刘维，孔明，赵军，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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