[发明专利]一种多方位同步相移横向剪切干涉装置及测量方法

说明书

本发明为一种多方位同步相移横向剪切干涉装置及测量方法，其克服了现有技术中存在的剪切方向单一、测量精度低的问题，本发明剪切方向任意、测量精度高、可应用于车间检测。本发明包括依次设置的测试元件、分光元件、剪切单元、分光系统、定向偏振片阵列和CMOS相机，由偏振片双折射晶体和四分之一波片复合而成的剪切单元与自动控制单元连接，自动控制单元与计算机连接，CMOS相机与自动控制单元和计算机连接，分光元件一侧设置有激光光源。平行剪切偏振器由偏振片、双折射晶体和四分之一波片复合而成，其中偏振片的透光轴方向与x轴的夹角为0°，双折射晶体的光轴与x轴的夹角为45°，四分之一波片的快轴与x轴的夹角为45°。

技术领域：

本发明属于光学测量技术领域，涉及一种多方位同步相移横向剪切干涉装置及测量方法。

背景技术：

非球面镜可以校正光学系统中的各种像差、缩减系统中光学元件的个数以及提高系统成像的效果，被广泛应用在各个领域中。非球面光学元件性能的优劣直接决定了整个系统的总体性能，因此对非球面镜的面形检测精度提出了更高的要求。传统干涉法在测量非球面时，需要使用高精度的标准镜才能对非球面完成测量，测量精度受到标准镜精度的限制。剪切干涉仪的自参考方式避免了标准镜的使用，从原理上解决了传统非球面检测中需要参考镜和补偿镜的问题，其独特的光路结构也使其具有良好的抗干扰防震的特点，可应用于复杂环境下的车间检测。因此，剪切干涉法非常适用于非球面面形检测。

传统的剪切干涉仪，一般采用平行平板产生横向剪切，只能产生一组一个方向的剪切波前，导致与该方向正交方向的相位偏差无法反映在干涉图中，需要旋转剪切器件才能获得另一正交方向的相位信息，但剪切器件旋转后再次测量需要进行复位，要对剪切量进行重新计算才能使用，调整和计算过程既费时又容易引入误差。此外，现有干涉仪只能获取正交方向的两组波前数据，对其他方向的数据无法获得，难以实现高空间分辨率的波前重建。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种多方位同步相移横向剪切干涉装置及测量方法，其克服了现有技术中存在剪切方向单一不能获得其他方向的数据、剪切器复位需要对剪切量重新计算，测量精度低的问题，本发明可以实现剪切方向任意获取多方向数据、剪切量固定、测量精度高、性能稳定可在复杂环境下进行车间检测。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种多方位同步相移横向剪切干涉装置，其特征在于：包括依次设置的测试元件、补偿元件、分光元件、剪切单元、分光系统、定向偏振片阵列和CMOS相机，剪切单元与自动控制单元连接，自动控制单元与计算机连接，CMOS相机与自动控制单元和计算机连接，分光元件一侧设置有激光光源；剪切单元由偏振片、双折射晶体和四分之一波片复合而成，其中偏振片的透光轴方向与x轴的夹角为0°，双折射晶体的光轴与x轴的夹角为45°，四分之一波片的快轴与x轴的夹角为45°。

剪切单元的传输特性分为三个部分：

(1)激光器出射的光束经过起偏器起偏后，出射后光束的斯托克斯矢量表述为

其中，[S₀ S₁ S₂ S₃]^T表示激光器出射的光束的斯托克斯矢量，

表示起偏器的穆勒矩阵，

E_t表示从起偏器出射后的斯托克斯矢量。

起偏器的偏振方向与x方向的夹角θ选取45°，则出射光束归一化后的斯托克斯矢量表述为:

(2)经双折射晶体产生横向位移，出射后的光束的斯托克斯矢量表述为

晶体的快轴与x方向的夹角θ为0°，出射光束表述为