[发明专利]一种基于CGH实现小孔中心定位的装置及其方法

说明书

技术领域

本发明属于光学测试领域，涉及一种基于计算机生成全息（CGH，Computer Generated Hologram）实现小孔中心定位的装置及其方法。

背景技术

带有小孔的点衍射板是点衍射干涉仪的重要组成部分。入射光会聚于小孔中心然后被小孔衍射，入射光会聚点与小孔中心的重合精确度直接影响衍射波的波形，因此，对小孔进行精确的中心定位是保证点衍射干涉仪检测精度的重要工作。

传统用于定位小孔中心的方法是光强探测法。该方法使用会聚光照射点衍射板上的小孔，利用四象限探测器探测经点衍射板后的透射光或反射光的光强，调整光轴和小孔中心的相对位置，对于透射光，光强最大时光束和小孔达到同轴；对于反射光，光强最小时光束和小孔达到同轴。如图1所示的就是一个利用探测器探测反射光强来定位小孔中心的装置，主要包括有四象限探测器1、分光棱镜2、聚光镜3和带有小孔的点衍射板4。光强探测法和其定位装置主要有两个方面的缺陷：一、该小孔中心定位装置中各个元件使用普通装调方法进行装调，装调后还存在空气间隙、偏心和倾斜等误差，这些装调误差会严重影响小孔中心定位的精度；二、照射到小孔的光会产生尖端散射、尖端衍射等杂散光，并且点衍射板表面也会产生杂散光，这些杂散光会严重影响光强探测精度。再加上探测器本身的灵敏度等因素影响，导致该方法对小孔中心的定位精度较低，不能满足点衍射干涉仪高精度检测的要求。

对于点衍射干涉仪，既需要保证高精度的小孔中心定位，又需要在定位的同时提供点衍射干涉仪的工作光束，本发明很好地解决了以上问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于CGH实现小孔中心定位的装置和方法。本发明采用特殊的装调方法提高小孔中心定位装置的装调精度，且无需加工任何定位标记，实现小孔高精度的中心定位并为点衍射干涉仪提供工作光束。

为达到上述目的，本发明提供了一种基于CGH实现小孔中心定位的装置，包括：实验平台，第一调整机构，干涉仪，标准镜头，第二调整机构，空间滤波器，CGH，第三调整机构，点衍射板，第四调整机构，成像透镜，CCD和计算机，点衍射板带有小孔，该小孔是该装置的定位对象；所述干涉仪固定在第一调整机构上，第一调整机构可以调节干涉仪的俯仰，通过调节第一调整机构，保证从干涉仪出射的光束能水平传播；干涉仪提供一束准直光，标准镜头、空间滤波器、CGH、点衍射板、成像透镜和CCD依次位于该准直光的光路中，并且标准镜头、空间滤波器、CGH、点衍射板和成像透镜的旋转中心轴与准直光中心轴重合；所述第二调整机构、第三调整机构和第四调整机构为五维精密调整机构，第二调整机构、第三调整机构和第四调整机构分别调整标准镜头、CGH和点衍射板的俯仰、偏摆以及沿x方向、y方向和沿z方向的平移；CCD接收的信号经过模—数转换之后和计算机连接，使用计算机的图像处理软件和图像处理算法能够确定CCD接收面上任意位置的光强。

所述干涉仪出射光为400nm—760nm的单色光，光束单色性好且与CCD的接收波段相匹配。

所述空间滤波器设置有可变光阑孔。

所述CGH上分布有透射主全息，它为点衍射干涉仪提供工作用光束。

所述CGH上分布有反射对准全息，它实现对CGH本身的正确装调。

所述CGH上分布有基准全息，它实现对点衍射板的正确装调。

所述CGH上分布有投射全息，光束通过它之后在CCD上生成一个标记，该标记中心与点衍射板的小孔衍射光斑中心重合。

为达到上述目的，本发明另外提供了一种用于小孔中心定位的方法，该方法通过如下步骤来实现：

步骤一、利用第一调整机构和第二调整机构正确装调好干涉仪和标准镜头；

步骤二、利用标准镜头将从干涉仪出射的平行光转换为标准球面波，该标准球面波的部分能量被标准镜头最后一个表面反射回干涉仪作为参考球面波；

步骤三、将空间滤波器正确装调于标准镜头之后的聚光点处；

步骤四、遮挡住CGH上除反射对准全息外的其它区域，利用反射对准全息实现对CGH本身的准确装调；

步骤五、将CCD垂直装调于CGH之后的正确位置处，遮挡住CGH上除投射全息外的其它区域，用CCD记录下投射全息投射标记的中心位置；

步骤六、遮挡住CGH上除基准全息外的其它区域，利用基准全息实现对点衍射板的准确装调，使得点衍射板处于垂直于光轴的装调状态；