[发明专利]亚微米孔径光纤点衍射波前测量的结构误差校正方法

说明书

本发明涉及一种亚微米孔径光纤点衍射波前测量的结构误差校正方法，通过无成像镜头的CCD探测器获取原始剪切波前数据，利用三维坐标重构对剪切波面数据进行预校正，再获取180度旋转测量探头后的预校正数据，将二者叠加，消除两点衍射源偏移引入的结构误差，得到真实剪切波面数据，再根据差分泽尼克多项式拟合方法拟合得到待测的亚微米孔径光纤点衍射波前，实现亚微米孔径光纤点衍射波前的高精度测量。

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，尤其涉及一种亚微米孔径光纤点衍射波前测量的结构误差校正方法。

背景技术

随着光学制造技术的发展，干涉测量技术已得到广泛应用。传统的干涉仪，如斐索干涉仪和泰曼-格林干涉仪，一般采用标准透镜来产生参考波前，其可达到的测量精度受标准透镜精度限制。点衍射干涉仪利用一点衍射波前作为理想的球面参考波前，克服了由于标准元件的精度限制，在高精度球面和平面等面形检测以及三维坐标绝对测量中得到了广泛应用。相比于传统的针孔点衍射干涉仪以及单模光纤点衍射干涉仪，亚微米孔径光纤点衍射干涉仪由于可同时获得大数值孔径波前和高点衍射光能量，极大的扩展了点衍射干涉仪的应用范围。

由于实现点衍射干涉仪测试的精度主要取决于衍射波前的球形，球形的衍射波前分析已成为评估点衍射干涉仪的性能的根本途径。各种实验测试提出了如何测量点衍射波前的球形，其中大部分都是基于剪切法和混合法。通常情况下，混合方法需要几个测量与测试光学旋转和位移，它对环境干扰很敏感，不能完全独立的系统误差。剪切法是一个自我参照的方法，它被广泛地应用于重建点衍射波前校正点衍射干涉仪。然而，它需要系统结构参数等先验知识，以便于去除高阶像差，特别在高数值孔径的情况下，点衍射源偏移量不可忽略，会造成较大的测量误差。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供一种亚微米孔径光纤点衍射波前测量的结构误差校正方法，其针对两点衍射源间距结构参量与结构误差存在奇函数关系，提出了基于三维坐标重构以及对称位置补偿的结构误差校正方法，解决了点衍射源偏移引入的结构误差问题，并使用差分泽尼克多项式拟合方法，进而实现亚微米孔径光纤点衍射波前的高精度测量。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明亚微米孔径光纤点衍射波前测量的结构误差校正方法，包括如下步骤：

(1-1)将两根具有相同结构尺寸的亚微米孔径光纤安装于亚波长孔径光纤点衍射干涉仪的测量探头中，所述的亚微米孔径光纤的前端头呈锥形，构成锥形探针出光端面，两个锥形探针出光端面并排且共面，水平放置所述的测量探头，并且使两个所述的锥形探针出光端面的连线呈水平方向；

(1-2)将所述的亚波长孔径光纤点衍射干涉仪的参考路和检测路的两路相干光分别导入两根亚微米孔径光纤，采用不带成像镜头的CCD探测器采集来自于两根亚微米孔径光纤的点衍射干涉图，利用多步移相算法解调出对应的点衍射剪切波面数据ΔW_(s)，其中s为两亚微米孔径光纤点衍射源的横向偏移量；

(1-3)在点衍射剪切波面数据ΔW_(s)中选取6个以上像素点处的相位值，组成非线性超定方程组，运用迭代优化算法重构出两亚微米孔径光纤点衍射源的三维坐标为(x₁，y₁，z₁)和(x₂，y₂，z₂)，已知所述的CCD探测器上每像素点坐标为(x，y，z)，根据光程差公式：

生成理想波面数据ΔW_(s)′；