[发明专利]光栅剪切干涉光学成像系统波像差检测方法

摘要

光栅剪切干涉光学成像系统波像差检测方法，该方法采用的光栅剪切干涉仪系统包含：光学级照明系统、待测光学成像系统、一维衍射光栅版、二维衍射光栅版、二维光电传感器和计算处理单元。一维衍射光栅版和二维衍射光栅版分别置于待测光学成像系统的物面和像面。通过采集N组间隔为相移的干涉图(其中，s为光栅剪切干涉仪系统的剪切率)，配合一定的剪切相位提取算法，消除所有高阶衍射级次光对剪切相位提取精度的影响，最终提高了待测光学成像系统的波像差检测精度。该方法具有剪切相位提取精度高、可测的数值孔径范围大、光栅干涉仪的剪切率可调等优点。

主权项

1.光栅剪切干涉光学成像系统波像差检测方法，该方法采用的光栅剪切干涉仪系统包含：光源及照明系统(8)、一维衍射光栅版(1)、第一三维位移台(2)、二维衍射光栅版(4)、第二三维位移台(5)、二维光电传感器(6)和计算处理单元(7)，所述的光源及照明系统(8)输出空间非相干光，所述的一维衍射光栅版(1)固定在第一三维位移台(2)上，所述的二维衍射光栅版(4)固定在第二三维位移台(5)上，所述的一维衍射光栅版(1)上包含两组光栅方向垂直的、占空比为1:1的一维光栅，所述的二维衍射光栅版(4)上包含一组棋盘光栅，所述的二维光电传感器(6)的输出端与计算处理单元(7)相连，建立xyz坐标系，其中，z轴方向沿着系统光轴的方向，x轴沿着一维衍射光栅版(1)上线性光栅(102)的光栅线方向，y轴沿着一维衍射光栅版(1)上线性光栅(101)的光栅线方向，设第一三维位移台(2)和第二三维位移台(5)的运动轴分别为x轴、y轴和z轴，其特征在于该方法的步骤如下：步骤1)将待测光学成像系统(3)置于该光栅剪切干涉仪中，使光源及照明系统(8)位于待测光学成像系统(3)的物方，且二维衍射光栅版(4)位于待测光学成像系统(3)的像方，调整第一三维位移台(2)，使一维衍射光栅版(1)位于待测光学成像系统(3)的物面，调整第二三维位移台(5)，使二维衍射光栅版(4)位于待测光学成像系统(3)的像面；步骤2)根据所述光栅剪切干涉系统的剪切率s确定二维衍射光栅版(4)的相移量：首先确定最大衍射级次光栅剪切干涉仪系统的衍射级次依次为±1、±3、……、±(2n‑1)，其中n为剪切干涉仪系统中正级高阶衍射光的总数或负级高阶衍射光的总数，函数ceil(X)返回大于或者等于X的最小整数，函数fix(X)返回小于或者等于X的最大整数；然后根据高阶衍射光的总数n确定干涉图采集时的二维衍射光栅版(4)的移动步数N＝2(n+1)，移动周期为棋盘光栅周期；步骤3)移动第一三维位移台(2)，使所述的一维光栅衍射版(1)上光栅线沿y轴方向的第一光栅(101)移入待测光学成像系统(3)的物方视场点位置，移动第二三维位移台(5)，使所述的二维衍射版(4)上的棋盘光栅移入待测成像系统(3)的像方视场点位置，棋盘光栅对角线方向与x轴(或y轴)的夹角为45度；步骤4)沿x轴方向按照上述周期棋盘光栅周期移动第二三维位移台(5)，每次移动后二维光电传感器(6)采集一幅剪切干涉图并传输至数据处理单元(7)，总共得到N幅剪切干涉条纹图，对中每一个位置的光强进行傅里叶变换：根据公式(2)，在频域对角频率为2π的I_x(w)分量求辐角，得到x轴方向梯度相位其中，angle为求取复数的辐角函数；步骤5)移动第一三维位移台(2)，使所述的一维光栅衍射版(1)上光栅线沿x轴方向的第二光栅(102)移入待测光学成像系统(3)的物方视场点位置；沿y轴方向对第二三维位移台(5)进行相同的周期移动，每次移动后二维光电传感器(6)采集一幅剪切干涉图并传输至数据处理单元(7)，总共得到N幅剪切干涉条纹图，对中每一个位置的光强进行傅里叶变换：根据公式(4)，在频域对角频率为2π的I_y(w)分量求辐角，得到y轴方向的梯度相位得到y轴方向梯度相位步骤6)对x轴方向梯度相位和y轴方向梯度相位进行解包裹，分别得到x轴方向差分波前ΔW_x和y轴方向差分波前ΔW_y，通过剪切干涉的波前重建算法获得待测光学成像系统(3)的波像差W。