[发明专利]基于纳米线波导的点衍射干涉检测系统

说明书

本发明公开了一种基于纳米线波导的点衍射干涉检测系统。传统的针孔点衍射干涉系统存在针孔透射光强较弱，针孔对准误差以及入射波前像差的问题，且难以进行两干涉波前的光强调整操作。本发明解决了点衍射干涉系统中对比度可调以及难以产生大数值孔径的高精度参考波前的难题。本发明的特点在于，利用一纳米线波导将光波限制在波长尺寸孔径内出射，从而产生近乎理想的大数值孔径参考球面波，其中与之相连的单模光纤可有效滤除入射波前像差的影响。并且凭借其微小尺寸，可放置于待测球面镜球心处，实现参考波前的振幅调整以及移相操作。本发明可实现不同反射率球面镜面形的高精度通用化检测，并具有重要的工程应用价值。

技术领域

本发明涉及一种基于纳米线波导的点衍射干涉检测系统。

背景技术

在众多波像差检测装置中，点衍射参考干涉仪利用衍射产生的近理想球面波前作为参考波前，不受参考标准元件精度的限制，成为高精度光学检测技术中的翘楚。其实现高检测精度的关键在于近理想的球面波前是通过极小截面的光场衍射形成的，该截面的尺寸与波长相当。对于可见光波段的衍射参考干涉仪，衍射参考波前的产生主要有两种方式，其一是通过金属膜层上刻蚀的针孔，另一是通过光纤中的光场在端面的衍射。这两者均存在一定的问题，通过金属膜层上的针孔产生的衍射波前其能量较弱，调整困难，而且由于金属膜层的厚度有限，衍射光会残留部分之前的光学元件引入的误差，影响衍射波前的质量，而光纤由于其线芯直径较大，导致衍射波前的数值孔径较小，极大地限制了干涉仪的测量范围。同时，针孔点衍射干涉仪将针孔衍射波前分为检测光和参考光，难以实现干涉条纹对比度可调，无法进行低反射率球面镜面形的高精度检测。且对待测镜进行移相操作时，会存在待测波前的不均匀移相问题。因而，本发明公开了一种基于纳米线波导的点衍射干涉检测系统。利用纳米线波导点衍射板来获得大数值孔径高质量的衍射参考球面波，简单可靠。将传统的干涉检测技术与新型的微纳波导相结合，为高精度波前检测技术注入了新的活力，并在国家重大专项中具有很好的应用前景。

发明内容

本发明的目的是解决点衍射干涉系统中对比度可调以及难以产生大数值孔径高精度参考波前的难题，提供一种基于纳米线波导的点衍射干涉检测系统。

基于纳米线波导的点衍射干涉检测系统包括线偏振激光器、二分之一波片、准直扩束系统、分光镜、可调衰减片、压电微位移器、光纤耦合器、单模光纤、波导点衍射板、显微物镜、空间滤波器、待测球面镜、反射镜、成像透镜、探测器；线偏振激光器经二分之一波片调节得到线偏振光，再经准直扩束系统产生平行光，经过分光镜产生参考波W1和待测波W2，参考波经可调衰减片衰减后，由光纤耦合器耦合到单模光纤中，然后传输到与单模光纤相连接的波导点衍射板中衍射产生参考波W1，待测波W2经显微物镜会聚以及空间滤波器滤波后，照明待测球面镜，经待测球面镜和反射镜反射后，与参考波W1产生干涉，经成像透镜在探测器上得到干涉条纹，利用压电微位移器对光纤耦合器进行多步移相，即可实现对参考波W1的移相操作，进而实现待测球面镜面形的高精度测量。

所述的位于参考光路中的可调衰减片，可调整参考光和检测光之间的相对光强，进而实现干涉条纹对比度可调。

所述的压电微位移器和光纤耦合器固定于一体，可以方便、准确地实现参考光路的多步移相操作。

所述的纳米线波导点衍射板，其中与之相连接的单模光纤只传输基模，可有效滤除波前像差的影响，且纳米线波导将光场限制在波长量级尺寸范围内，可在出射端衍射形成近乎理想的大数值孔径参考球面波。

所述的波导点衍射板是由二氧化硅包层、硅基底、氮化硅芯层三部分构成的矩形纳米线波导结构；纳米线波导的氮化硅芯层片上结构包括氮化硅芯层尺寸、弯曲波导部分以及光耦合入波导的耦合器三部分的设计；氮化硅芯层材料的折射率为2，二氧化硅包层的折射率为1.46；氮化硅芯层尺寸设计为250nm；氮化硅纳米线波导弯曲部分的曲率半径由波导弯曲损耗和模斑光场分布变形量共同决定，波导弯曲部分的曲率半径设计为5μm；光纤与纳米线波导的耦合器设计采用Y型耦合器。

本发明有益效果如下：