【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学干涉测量，具体涉及矢量微分剪切干涉仪用二维微分相位分布同步提取方法。
技术介绍
1、矢量微分剪切干涉技术是一种很有潜力的干涉测量技术，常用于定量相位测量、定量相位成像、光学元件表面检测等方面。它通过利用某种矢量微分分光元件，将具有空间相干性的物光分裂为三至四个完全相同或相似的波前。
2、其中，各波前彼此之间具有不同方向的横向偏移量，并在干涉平面产生错位干涉，使得多组不同微分方向的剪切干涉图叠加在一起，形成矢量微分剪切干涉图。
3、一般而言，矢量微分剪切干涉术中的两个微分方向互相正交。相较于常规一维微分剪切干涉术而言，矢量微分剪切干涉术同时在两个方向上形成微分剪切干涉，避免了非微分剪切方向相位信息丢失问题。通过分析和处理矢量微分剪切干涉图，可以获得原始物光中的相位信息，进而定量表征相位信息背后所代表的物理量。
4、相位提取技术是分析和处理干涉图的一种有效手段，其中基于相移法的相位提取技术可以通过解析的形式对干涉图相位进行定量求解。常用的相移方法包括空域相移法和时域相移法。
5、在矢量微分剪切干涉术中，由于各微分方向上的剪切干涉图叠加在一起，因此常采用属于空域相移法的空间载波技术对双向微分相位进行提取，其特点是可以对多维相位分布实现单帧快速提取，但会损失光学系统的空间分辨率；而基于时域相移法的相位提取技术可以在不损失光学系统空间分辨率的前提下对干涉图中的相位进行定量提取，然而，在矢量微分剪切干涉术中，由于多组微分剪切干涉结果同时叠加在像面，通常难以利用时域相移法对二维
技术实现思路
1、本专利技术提出矢量微分剪切干涉仪用二维微分相位分布同步提取方法，该方法能够在不损失光学系统空间分辨率的前提下对二维微分相位分布进行同步提取，解决矢量微分剪切干涉图中二维微分相位的耦合问题，并实现对二维微分相位分布的定量提取。
2、本专利技术采取的技术方案具体如下：
3、矢量微分剪切干涉仪用二维微分相位分布同步提取方法，包括以下步骤：
4、步骤一：搭建光学系统，以三束物光通过正交矢量微分剪切干涉术进行调整，使三束物光两两之间形成错位干涉；
5、在干涉平面上，其所产生的矢量微分剪切干涉光强表示为：
6、
7、其中，表示相位梯度，其下标表示微分方向；为通过前述相移方法对相应微分干涉光束所产生的相移，i＝1,2,3为光束编号；a、b、c代表各干涉交叉项的对比度，δx和δy分别为水平和竖直方向上的微分剪切量；
8、两个正交方向上的微分相位可通过下式进行计算：
9、
10、实现矢量微分剪切干涉仪中的二维微分相位同步提取；
11、步骤二：利用相移装置，分别对三束物光进行相移；第一、二、三束物光之间的相对相移量分别为0、0、3/2π，拍摄并储存具有相移的矢量微分剪切干涉结果，记为：
12、
13、步骤三：利用相移装置，分别对三束物光进行相移；第一、二、三束物光之间的相对相移量分别为0、1/2π、0，拍摄并储存具有相移的矢量微分剪切干涉结果，记为：
14、
15、步骤四：利用相移装置，分别对三束物光进行相移，第一、二、三束物光之间的相对相移量分别为0、π、3/2π，拍摄并储存具有相移的矢量微分剪切干涉结果，记为：
16、
17、步骤五：利用相移装置，分别对三束物光进行相移，第一、二、三束物光之间的相对相移量分别为0、3/2π、0，拍摄并储存具有相移的矢量微分剪切干涉结果，记为：
18、
19、步骤六：利用相移装置，分别对三束物光进行相移，第一、二、三束物光之间的相对相移量分别为0、0、1/2π，拍摄并储存具有相移的矢量微分剪切干涉结果，记为：
20、
21、步骤七：利用相移装置，分别对三束物光进行相移，第一、二、三束物光之间的相对相移量分别为0、3/2π、π，拍摄并储存具有相移的矢量微分剪切干涉结果，记为：
22、
23、步骤八：将步骤二～七中储存的具有相移的矢量微分剪切干涉结果i1～i6带入公式②，得到两个正交方向上的微分相位分布和
24、所述包括中心点在同一直线上且依次设置的相干光源、准直扩束系统、待测相位目标、第一透镜、第一分光棱镜、第二分光棱镜、第三分光棱镜、第四分光棱镜、第二透镜及数字相机，以及分别位于第一分光棱镜和第三分光棱镜上方的第一反射镜和第三反射镜，分别位于第二分光棱镜和第四分光棱镜下方的第二反射镜和第四反射镜。
25、所述步骤一中相干光源出射相干光经准直扩束系统照明待测相位目标，此时携带目标相位信息的物光经第一透镜收集，经由第一分光棱镜和第二分光棱镜，产生第一、二、三束物光，并分别定义为：
26、所述第一束物光的光路依次经由第一分光棱镜、第二分光棱镜、第三分光棱镜、第四分光棱镜、第二透镜、数字相机；
27、所述第二束物光的光路依次经由第一分光棱镜、第一反射镜、第三反射镜、第三分光棱镜、第四分光棱镜、第二透镜、数字相机；
28、所述第三束物光的光路依次经由第一分光棱镜、第二分光棱镜、第二反射镜、第四反射镜、第四分光棱镜、第二透镜、数字相机。
29、所述步骤二中控制压电换能器驱动的第二反射镜对第三束物光引入相对相移量3/2π，使第一、二、三束物光之间的相对相移量分别为0、0、3/2π，利用数字相机拍摄具有相移的矢量微分剪切干涉结果，记为公式②中的i1。
30、所述步骤三中控制压电换能器驱动的第一反射镜对第二束物光引入相对相移量1/2π，控制压电换能器驱动的第二反射镜对第三束物光引入相对相移量0，使第一、二、三束物光之间的相对相移量分别为0、1/2π、0，利用数字相机拍摄具有相移的矢量微分剪切干涉结果，记为公式②中的i2。
31、所述步骤四中控制压电换能器驱动的第一反射镜对第二束物光引入相对相移量π，控制压电换能器驱动的第二反射镜对第三束物光引入相对相移量3/2π，使第一、二、三束物光之间的相对相移量分别为0、π、3/2π，利用数字相机拍摄具有相移的矢量微分剪切干涉结果，记为公式②中的i3。
32、所述步骤五时，控制压电换能器驱动的第一反射镜对第二束物光引入相对相移量3/2π，控制压电换能器驱动的第二反射镜对第三束物光引入相对相移量0，使第一、二、三束物光之间的相对相移量分别为0、3/2π、0，利用数字相机拍摄具有相移的矢量微分剪切干涉结果，记为公式②中的i4。
33、所述步骤六中控制压电换能器驱动的第一反射镜对第二束物光引入相对相移量0，控制压电换能器驱动的第二反射镜对第三束物光引入相对相移量1/2π，使第一、二、三束物光之间的相对相移量分别为0、0、1/2π，利用数字相机拍摄具有相移的矢量微分剪切干涉结果，记为公本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.矢量微分剪切干涉仪用二维微分相位分布同步提取方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的矢量微分剪切干涉仪用二维微分相位分布同步提取方法，其特征在于：所述光学系统包括中心点在同一直线上且依次设置的相干光源(1)、准直扩束系统(2)、待测相位目标(3)、第一透镜(4)、第一分光棱镜(6)、第二分光棱镜(7)、第三分光棱镜(10)、第四分光棱镜(11)、第二透镜(13)及数字相机(14)，以及分别位于第一分光棱镜(6)和第三分光棱镜(10)上方的第一反射镜(5)和第三反射镜(9)，分别位于第二分光棱镜(7)和第四分光棱镜(11)下方的第二反射镜(8)和第四反射镜(12)。
3.根据权利要求2所述的矢量微分剪切干涉仪用二维微分相位分布同步提取方法，其特征在于：所述相干光源(1)出射相干光经准直扩束系统(2)照明待测相位目标(3)，此时携带目标相位信息的物光经第一透镜(4)收集，经由第一分光棱镜(6)和第二分光棱镜(7)，产生所述步骤一中的第一、二、三束物光，其中：
4.根据权利要求1所述的矢量微分剪切干涉仪用二维微分相位分布同步提取
5.根据权利要求4所述的矢量微分剪切干涉仪用二维微分相位分布同步提取方法，其特征在于：所述步骤三中控制压电换能器驱动的第一反射镜(5)对第二束物光引入相对相移量1/2π，控制压电换能器驱动的第二反射镜(8)对第三束物光引入相对相移量0，使第一、二、三束物光之间的相对相移量分别为0、1/2π、0，利用数字相机(14)拍摄具有相移的矢量微分剪切干涉结果，记为公式②中的I2。
6.根据权利要求5所述的矢量微分剪切干涉仪用二维微分相位分布同步提取方法，其特征在于：所述步骤四中控制压电换能器驱动的第一反射镜(5)对第二束物光引入相对相移量π，控制压电换能器驱动的第二反射镜(8)对第三束物光引入相对相移量3/2π，使第一、二、三束物光之间的相对相移量分别为0、π、3/2π，利用数字相机(14)拍摄具有相移的矢量微分剪切干涉结果，记为公式②中的I3。
7.根据权利要求6所述的矢量微分剪切干涉仪用二维微分相位分布同步提取方法，其特征在于：所述步骤五时，控制压电换能器驱动的第一反射镜(5)对第二束物光引入相对相移量3/2π，控制压电换能器驱动的第二反射镜(8)对第三束物光引入相对相移量0，使第一、二、三束物光之间的相对相移量分别为0、3/2π、0，利用数字相机(14)拍摄具有相移的矢量微分剪切干涉结果，记为公式②中的I4。
8.根据权利要求7所述的矢量微分剪切干涉仪用二维微分相位分布同步提取方法，其特征在于：所述步骤六中控制压电换能器驱动的第一反射镜(5)对第二束物光引入相对相移量0，控制压电换能器驱动的第二反射镜(8)对第三束物光引入相对相移量1/2π，使第一、二、三束物光之间的相对相移量分别为0、0、1/2π，利用数字相机(14)拍摄具有相移的矢量微分剪切干涉结果，记为公式②中的I5。
9.根据权利要求8所述的矢量微分剪切干涉仪用二维微分相位分布同步提取方法，其特征在于：所述步骤七中控制压电换能器驱动的第一反射镜(5)对第二束物光引入相对相移量3/2π，控制压电换能器驱动的第二反射镜(8)对第三束物光引入相对相移量π，使第一、二、三束物光之间的相对相移量分别为0、3/2π、π，利用数字相机(14)拍摄具有相移的矢量微分剪切干涉结果，记为公式②中的I6。
10.根据权利要求1所述的矢量微分剪切干涉仪用二维微分相位分布同步提取方法，其特征在于：所述公式②中，和分别为两个正交微分方向上的相位分布，x和y不特指某个方向。
...【技术特征摘要】
1.矢量微分剪切干涉仪用二维微分相位分布同步提取方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的矢量微分剪切干涉仪用二维微分相位分布同步提取方法，其特征在于：所述光学系统包括中心点在同一直线上且依次设置的相干光源(1)、准直扩束系统(2)、待测相位目标(3)、第一透镜(4)、第一分光棱镜(6)、第二分光棱镜(7)、第三分光棱镜(10)、第四分光棱镜(11)、第二透镜(13)及数字相机(14)，以及分别位于第一分光棱镜(6)和第三分光棱镜(10)上方的第一反射镜(5)和第三反射镜(9)，分别位于第二分光棱镜(7)和第四分光棱镜(11)下方的第二反射镜(8)和第四反射镜(12)。
3.根据权利要求2所述的矢量微分剪切干涉仪用二维微分相位分布同步提取方法，其特征在于：所述相干光源(1)出射相干光经准直扩束系统(2)照明待测相位目标(3)，此时携带目标相位信息的物光经第一透镜(4)收集，经由第一分光棱镜(6)和第二分光棱镜(7)，产生所述步骤一中的第一、二、三束物光，其中：
4.根据权利要求1所述的矢量微分剪切干涉仪用二维微分相位分布同步提取方法，其特征在于：所述步骤二中控制压电换能器驱动的第二反射镜(8)对第三束物光引入相对相移量3/2π，使第一、二、三束物光之间的相对相移量分别为0、0、3/2π，利用数字相机(14)拍摄具有相移的矢量微分剪切干涉结果，记为公式②中的i1。
5.根据权利要求4所述的矢量微分剪切干涉仪用二维微分相位分布同步提取方法，其特征在于：所述步骤三中控制压电换能器驱动的第一反射镜(5)对第二束物光引入相对相移量1/2π，控制压电换能器驱动的第二反射镜(8)对第三束物光引入相对相移量0，使第一、二、三束物光之间的相对相移量分别为0、1/2π、0，利用数字相机(14)拍摄具有相移的矢量微分剪切干涉结果，记为公式②中的i2。
6.根据权利要求5所述的矢量微分剪切干...
【专利技术属性】
技术研发人员：高帅，汪盛佳，常青，方未东，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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