同步移相菲索干涉仪制造技术

一种同步移相菲索干涉仪，其构成是沿所述的线偏振激光光源的光束前进方向上，依次是所述的二分之一波片、聚焦透镜、光阑、分束器、第一准直透镜、双折射薄膜型标准镜，所述的光阑位于所述的聚焦透镜的后焦点和所述的第一准直透镜的前焦点，在所述的分束器的垂直于上述光束前进方向的方向上依次是第二准直透镜与同步移相器，待测面处于所述的线偏振激光光源的光束经过所述的双折射薄膜型标准镜的出射方向上，所述的双折射薄膜型标准镜是一块标准平板并在该标准平板的入射面有增透膜，出射面具有双折射薄膜和增透膜，所述的双折射薄膜的相位延迟量为９０°。本发明专利技术具有无原理性回程误差、测量距离远、结构简单、易于操作的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学干涉测量，特别是一种同步移相菲索干涉仪。技术背景干涉仪是一种非接触的高精度测量仪器，在现代光学测量中得到了越来越广泛 的应用。在多种千涉仪中，菲索干涉仪将参考臂包含在测量臂中实现了参考光束与 测量光束的共光路干涉，具有简单紧凑的结构，降低了光学元件加工误差、装校调 试误差以及外部环境因素对测量精度的影响，成为光学加工中最为常用的测试仪 器。为了提高测量精度，需要在菲索干涉仪中引入移相技术来提取相位分布以获得 面形信息。对于菲索干涉仪，常见的移相措施是压电陶瓷驱动标准镜移动或者改变 激光波长，不同移相量的干涉图像需要在不同时间内进行采集，称之为时域移相菲 索干涉仪。由于干涉图像釆集时间的变化，时域移相菲索干涉仪对使用环境的要求 非常苛刻，其中环境振动的影响尤为突出，因此时域移相菲索干涉仪不能用于光学元件的在线检测，需要在其测量过程中采用隔振措施来减小振动的影响。当时域移 相菲索干涉仪与待测光学元件之间的距离很长而无法将它们置于一个防振台上进行测量时，外界振动将导致干涉图像抖动、扭曲、模糊，严重影响测量精度甚至使 测量无法进行。为了实现抗振动测量与在线检测， 一种技术途径就是将菲索干涉仪 与同步移相技术相结合形成同步移相菲索干涉仪。同步移相菲索干涉仪瞬间获得多 幅移相干涉图像，可以消除振动的影响，从而更好地满足实际生产应用的需求。现有的同步移相技术均是将偏振方向相互垂直的测量光束与参考光束进行空 间分光后利用偏振器件形成具有不同相位差的多个测量子光束、参考子光束，进而 形成多幅具有不同移相量的干涉图像。在共光路干涉的同步移相菲索干涉仪中，一个技术难点就是偏振方向相互垂直的测量光束与参考光束的形成。在先技术(参 见James E. Millerd, James C. Wyant. Simultaneous phase-shifting Fizeau interferometer. United States Patent, No.20050046864)描述了一种同步移相菲索干涉仪，它利用偏振 分束单元将滤波后的光束形成偏振方向相互垂直且具有一定夹角的两束光，这两束 光经过倾斜参考面和待测面的反射后得到具有一定夹角的两束参考光与具有一定夹角的两束测量光。在对准监视单元的监测下，不断调整待测面使偏振方向相互垂 直一束参考光与一束测量光重合，重合的参考光与测量光进入同步移相器形成多幅 依次具有一定移相量的干涉图像。在先技术(参见PiotrSzwaykowski,FederickN Bushroe and Raymond J Castronguay. Interferometric system with reduced vibration sensitivity and realated method. United States Patent, No.20060146341)描述了另一种同步移相菲索干涉仪，它利用对准监视单元进行监测并调整待测面使测量光束与参 考光束具有一定夹角而被聚焦在焦面的不同位置上，两个对应位置处设置有两个偏 振方向相互垂直的起偏器，则测量光束与参考光束的偏振方向相互垂直，再利用偏 振合束单元使测量光束与参考光束合束后进入同步移相器。在先技术、 所述 同步移相菲索干涉仪中的测量光束与参考光束之间具有一定的夹角而使测量光束与参考光束不完全重合，这样一种不完全重合的光路结构在测量原理上就产生了回 程误差，它随测量距离的增加而增大，即在引入测量误差的同时影响测量距离。测 量过程中需要不断调整待测面，使同步移相菲索千涉仪的操作过程繁琐费时。需要 引入偏振分束、合束单元和对准监视单元，同步移相菲索干涉仪的结构比较复杂。 在先技术(参见Brad Kimbrough, James Millerd, James Wyant, et al.. Low coherence vibration insensitive Fizeau interferometer. Proc.SPIE, Vol.6292, 62920F, 2006)描述了一种同步移相菲索干涉仪，它所采用的光源为短相干性线偏振光源， 光源的出射光束通过一个偏振迈克尔逊结构的光程差调整单元后进行扩束，光程差 调整单元可使光束中平行、垂直于入射面的两个分量产生一定的光程差。扩束后的 光束经过标准镜、待测面的反射后形成参考光束与测量光束，标准镜与待测面之间 的光程差大于光源的相干长度，通过调整光程差调整单元可使参考光束中垂直于入 射面的分量与测量光束中平行于入射面的分量之间的光程差小于光源的相干长度 而产生干涉，或者使参考光束中平行于入射面的分量与测量光束中垂直于入射面的 分量之间的光程差小于光源的相干长度而产生干涉，另外两个分量由于其光程差远 大于光源的相干长度而不产生干涉。该同步移相菲索千涉仪实现了测量光束与参考 光束的完全共光路，但其光路结构复杂，光程差调整过程繁琐，光源相干性短而不 适合远距离测量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种同步移相菲索干涉仪，该同步移相菲索干涉仪具有无原理性回程误差、测量距离远、结构简单、易于操作 的特点。本专利技术的技术解决方案一种同步移相菲索干涉仪，特点是其由线偏振激光光源、二分之一波片、聚焦 透镜、光阑、分束器、第一准直透镜、双折射薄膜型标准镜、第二准直透镜与同步 移相器组成，其位置关系是沿所述的线偏振激光光源的光束前进方向上，依次是 所述的二分之一波片、聚焦透镜、光阑、分束器、第一准直透镜、双折射薄膜型标 准镜，所述的光阑位于所述的聚焦透镜的后焦点和所述的第一准直透镜的前焦点， 在所述的分束器的垂直于上述光束前进方向的方向上依次是第二准直透镜与同步移 相器，待测面处于所述的线偏振激光光源的光束经过所述的双折射薄膜型标准镜的 出射方向上，所述的双折射薄膜型标准镜是一块标准平板并在该标准平板的入射面 有增透膜，出射面具有双折射薄膜和增透膜，所述的双折射薄膜的相位延迟量为90°。所述的分束器、第一准直透镜、第二准直透镜的入射面和出射面均镀有增透膜。所述的线偏振激光光源为直接输出线偏振激光的激光器，或者是由激光器与起 偏器构成的线偏振激光组合体。所述的同步移相器为分束棱镜分光型同步移相器、衍射元件分光型同步移相 器、全息元件分光型同步移相器或微偏振器阵列型同步移相器。与在先技术相比，本专利技术的技术效果如下-1、 无原理性回程误差。本专利技术中测量光束经过待测面反射后与参考光束完全共光路经过双折射薄膜型 标准镜、分束器和第二准直透镜后进入同步移相器，不会产生原理性回程误差。2、 测量距离远。本专利技术中的激光光源可以具有长的相干长度，能够获得远的测量距离。测量光 束与参考光束完全共光路，不存在回程误差影响测量距离的问题。3、 结构简单。本专利技术是利用镀制在标准镜上的双折射薄膜来形成偏振方向相互垂直的测量 光束与偏振方向，不需要增加结构复杂的偏振分束单元、偏振合束单元、对准监视 单元，或者光程差调整单元，使其具有简单的结构。4、 易于操作。完全共光路的干涉光路结构保证了测量光束与参考光束能够重合而产生干涉，无须精密调整待测面使偏振方向相互垂直的参考光束与测量光束重合产生干涉，无 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同步移相菲索干涉仪，特征在于其由线偏振激光光源（１）、二分之一波片（２）、聚焦透镜（３）、光阑（４）、分束器（５）、第一准直透镜（６）、双折射薄膜型标准镜（７）、第二准直透镜（８）与同步移相器（９）组成，其位置关系是：沿所述的线偏振激光光源（１）的光束前进方向上，依次是所述的二分之一波片（２）、聚焦透镜（３）、光阑（４）、分束器（５）、第一准直透镜（６）、双折射薄膜型标准镜（７），所述的光阑（４）位于所述的聚焦透镜（３）的后焦点和所述的第一准直透镜（６）的前焦点，在所述的分束器（５）的垂直于上述光束前进方向的方向上依次是第二准直透镜（８）与同步移相器（９），待测面（１０）处于所述的线偏振激光光源（１）的光束经过所述的双折射薄膜型标准镜（７）的出射方向上，所述的双折射薄膜型标准镜（７）是一块标准平板（７０１）并在该标准平板（７０１）的入射面有增透膜（７０３），出射面具有双折射薄膜（７０２）和增透膜（７０４），所述的双折射薄膜（７０２）的相位延迟量为９０°。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾爱军，郭小娴，江晓军，谢承科，黄惠杰，王向朝，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[]