動(dòng)態(tài)干涉測(cè)試技術(shù)具有非接觸、高精度、抗振動(dòng)的優(yōu)點(diǎn),在天文光學(xué)、強(qiáng)激光、核聚變等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。目前常用的動(dòng)態(tài)干涉測(cè)試方案以泰曼型同步移相方案為主,該方案容易實(shí)現(xiàn)偏振移相,但其分光路結(jié)構(gòu)容易受到系統(tǒng)誤差的影響,而且不適用于大口徑光學(xué)平晶的檢測(cè)。本文研究了一種基于短相干光源的動(dòng)態(tài)斐索干涉儀,可以同時(shí)獲取四幅移相干涉圖,實(shí)現(xiàn)對(duì)光學(xué)平晶等光學(xué)元件的高精度動(dòng)態(tài)測(cè)量。根據(jù)偏振干涉原理,采用瓊斯矢量和瓊斯矩陣分析了基于短相干光源的動(dòng)態(tài)斐索干涉測(cè)量機(jī)理。為了實(shí)現(xiàn)斐索型動(dòng)態(tài)干涉,通過(guò)調(diào)節(jié)固體激光器的注入電流實(shí)現(xiàn)對(duì)其相干性的調(diào)整,結(jié)合偏振延遲裝置,得到一對(duì)短相干正交線偏振光。通過(guò)調(diào)節(jié)光源模塊中兩束線偏振光的光程差來(lái)匹配斐索干涉腔長(zhǎng),實(shí)現(xiàn)了參考光與測(cè)試光的光程匹配。通過(guò)偏振移相模塊中的1/4波片和微偏振陣列實(shí)現(xiàn)同步移相,在CCD上瞬時(shí)采集一幅光強(qiáng)圖即可得到四幅位相依次相差π/2的移相干涉圖,按照移相算法解算相位,恢復(fù)待測(cè)面形。研究了用于該動(dòng)態(tài)斐索干涉儀的短相干激光器的相干特性,通過(guò)電流調(diào)制的方法改變二極管泵浦固體激光器的相干性,從而滿足該系統(tǒng)對(duì)于光源相干長(zhǎng)度的要求。采用光譜儀測(cè)量了該激光器的光譜和穩(wěn)定性,研究了注入電流變化引起的激光器中心波長(zhǎng)“漂移”現(xiàn)象,并探究了激光器的溫度變化對(duì)其相干性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該激光器能夠用作該系統(tǒng)的短相干光源。設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)斐索干涉儀的總體光路,優(yōu)化了單元模塊參數(shù),包括短相干偏振光源模塊、斐索干涉模塊以及偏振移相模塊,構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)裝置,對(duì)該裝置進(jìn)行了光機(jī)電算一體化聯(lián)調(diào)。為驗(yàn)證該裝置測(cè)試的可靠性,使用該裝置與Zygo GPIXP型干涉儀檢測(cè)了同一塊光學(xué)平晶,并比對(duì)測(cè)量結(jié)果,二者均方根值相差0.024λ,滿足測(cè)量精度要求。構(gòu)建了球面斐索干涉測(cè)量系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了不同腔長(zhǎng)下的光程匹配,恢復(fù)了被測(cè)球面鏡的面形。研究了該動(dòng)態(tài)干涉系統(tǒng)中不同誤差源對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,分析了微偏振陣列的透振方向方位角誤差、1/4波片的位相延遲量誤差、1/4波片的快軸方位角誤差。為了抑制1/4波片的快軸方位角誤差在測(cè)量結(jié)果中引入的一倍頻波紋誤差,研究了一種干涉圖光強(qiáng)歸一化算法,對(duì)干涉圖的背景和調(diào)制度進(jìn)行歸一化處理,經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證和對(duì)實(shí)際干涉圖的處理結(jié)果可以看出,波紋誤差得到了有效抑制,從而驗(yàn)證了該算法對(duì)于抑制干涉圖光強(qiáng)誤差的可行性。
【學(xué)位單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TH744.3
【部分圖文】：

該系統(tǒng)中的光強(qiáng)畸變誤差和移相誤差對(duì)最終測(cè)量結(jié)果的影響。逡逑２００１年，１邋Ｅ．邋Ｍｉｌｌｅｒｄ［２４］結(jié)合全息衍射器件、位相掩模板和檢偏器，搭建了動(dòng)態(tài)干逡逑涉測(cè)量系統(tǒng)，如圖１．２（ａ）所不。參考光與測(cè)試光為一對(duì)振動(dòng)方向正交的線偏振光，經(jīng)過(guò)逡逑全息光學(xué)元件發(fā)生衍射分成四束光，四束光經(jīng)過(guò)位相掩模板后，每束光中的參考光與測(cè)逡逑試光分別產(chǎn)生位相依次相差７１／２的相位差，在ＣＣＤ相機(jī)前放置一個(gè)透振方向?yàn)椋矗?#176;的檢逡逑偏器，能夠在ＣＣＤ上同時(shí)采集得到四幅位相差為ｊｔ／２的移相干涉圖。在２００４年，Ｊ．邋Ｅ．逡逑ＭｉｌｌｅｒｄＰ５］又對(duì)位相掩模板進(jìn)行了改進(jìn)，用微偏振移相陣列代替了原來(lái)的全息分光位相掩逡逑模技術(shù)，如圖１．２（ｂ）所７Ｆ。微偏振陣列由許多微偏振兀組成，微偏振兀的大小與位置與逡逑ＣＣＤ相機(jī)上每個(gè)像素大小與位置相匹配，每四個(gè)相鄰的微偏振元構(gòu)成一組移相單元，逡逑每組移相單元中微偏振元的透振方向分別為０°、４５°、９０°、１３５°，對(duì)應(yīng)的移相量分別為逡逑０、；ｉ／２、７１、３？１／２。在ＣＣＤ上瞬時(shí)采集一幅干涉圖

１）多個(gè)ＣＣＤ實(shí)現(xiàn)斐索型同步移相方案逡逑２00４年，美國(guó)ＥＳＤＩ公司的Ｓｚｗａｙｋｏｗｓｋｉ［２７，２８＾人提出了一種斐索型同步移相專(zhuān)利逡逑技術(shù)，該方案的光路如圖１．３所示。光源經(jīng)過(guò)渥拉斯頓棱鏡后產(chǎn)生一對(duì)存在一定夾角的逡逑正交線偏振光，通過(guò)調(diào)整參考鏡和測(cè)試鏡的俯仰傾斜，使參考光和測(cè)試光都通過(guò)空間濾逡逑波器，然后經(jīng)過(guò)ｘ－ｃｕｂｅ棱鏡分光及偏振器件延遲，形成三幅移相干涉圖并由三個(gè)ＣＣＤ逡逑同步懫集。該方案于２００９年應(yīng)用于ＥＳＤＩ公司口徑為１０２ｍｍ的ＩｎｔｅｌｌｉｕｍＴＭＨ２０００斐索逡逑型同步移相干涉儀［２９］中，其優(yōu)勢(shì)是能夠避免雜散光進(jìn)入ＣＣＤ產(chǎn)生寄生條紋，具有干涉逡逑圖分辨率高的優(yōu)點(diǎn)，但由于參考光和測(cè)試光不共光路，從而引入較大的軸外像差和回程逡逑４逡逑

２０１２年，Ｄ．邋Ｇ邋Ａｂｄｅｌｓａｌａｍ［３１＾人采用面形精度優(yōu)于Ｖ１０的１／４波片，在產(chǎn)生參考逡逑光的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)測(cè)試光偏振態(tài)的調(diào)制，結(jié)合空間分光移相結(jié)構(gòu)，搭建了同步移相斐逡逑索干涉測(cè)量系統(tǒng)，如圖１．４所示。這種方案對(duì)１／４波片的面形要求很高，１／４波片隨著口逡逑徑的增大其制造難度也會(huì)增大，面形很難保證。因此，這種方案難以制成大口徑干涉儀。逡逑而且該系統(tǒng)懫用相干性良好的激光光源，在測(cè)量光學(xué)元件時(shí)，同樣容易受到光學(xué)元件多逡逑次反射引入的寄生干涉條紋的干擾，導(dǎo)致測(cè)量失敗。逡逑

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