[发明专利]一种四束分光的等光程分光棱镜组装置

说明书

技术领域

本发明涉及光干涉计量测试领域，特别是一种四束分光的等光程分光棱镜组装置。

背景技术

移相干涉测量技术是指通过对干涉场的调制产生移相，再由所采集到的若干幅移相干涉图像利用一定算法，恢复待测物理量的一项测量技术。利用移相技术，可以通过干涉图之间简单的点对点计算来复原相位，不需要定位条纹中心，也不需要利用插值等算法拟合相位，因此移相干涉技术显著提高了干涉测量的精度和自动化程度。移相方式可以分为时域移相和空域移相。相对于时域移相，空域移相（即同步移相）的干涉测量技术可以很好的减轻环境振动和空气扰动对干涉测量的影响，提高测量的准确性和稳定性。空域移相（即同步移相）需要在同一时间内获得多幅干涉图像，因此需要在干涉测试装置中设计分光光路，而分光光路的设计会对探测器上获得的干涉图像的对比度、分辨率等重要性质产生直接影响。

在先前的研究中，Hongyi Bai等人提出了一种利用反射光栅分光并移相的点衍射移相干涉测试装置（Hongyi Bai, Mingguang Shan, Zhi Zhong, Lili Guo, Yabin Zhang, Common path interferometer based on the modified Michelson configuration using a reflective grating, Optics and Lasers in Engineering, Volume 75, December 2015, Pages 1-4），该装置中利用了反射光栅衍射出的-1级、0级和+1级衍射光作为三束相同的参考光，并产生移相。光栅的0级和±1级衍射光强不同，会造成探测器上三幅干涉图像的对比度不同。且在该装置中仅利用其中三束光并利用三步移相法重构相位，而三步移相法对于移相误差非常敏感，容易产生误差。

在先前的研究中，D. G. Abdelsalam等人提出了一种利用光栅分光并移相的干涉测试装置（D. G. Abdelsalam, Baoli Yao, Peng Gao, Junwei Min, and Rongli Guo, "Single-shot parallel four-step phase shifting using on-axis Fizeau interferometry," Appl. Opt. 51, 4891-4895 (2012)），该装置利用两个正交的Ronchi光栅将一束入射参考光和测试光衍射出四束出射参考光和测试光，并利用偏振阵列产生移相。但光栅会衍射出多个级次，在该装置中仅能利用±1级衍射光，光能利用率较低，获得的干涉图像对比度较低。且衍射光不与光轴平行，增加了位置匹配难度。

在先前的研究中，Eita Shoji等人提出了一种利用棱镜分光并移相的干涉测试装置（Eita Shoji, Atsuki Komiya, Junnosuke Okajima, Hiroshi Kawamura, and Shigenao Maruyama, "High-speed phase-shifting interferometry using triangular prism for time-resolved temperature measurement," Appl. Opt. 54, 6297-6304 (2015)），该装置利用特殊设计的分光棱镜对入射光分光。但该装置中的棱镜使得入射光在水平方向上分为了四束，而探测器的外形多为正方形或近似正方形的矩形，光学元件的外形多为圆形，因此很多测试中的空间分辨率较低。且在该装置中仅利用其中三束光并利用三步移相法重构相位，而三步移相法对于移相误差非常敏感，容易产生误差。

发明内容

本发明目的在于提供一种四束分光的等光程分光棱镜组装置，通过特殊设计的分光棱镜组使入射光等光程地分束成四束出射光，并产生不同的移相量，实现高速动态干涉测量，且可达到很高的光能利用率。