Ronchi相移剪切干涉仪及其相位提取误差分析

在分析Ronchi相移剪切干涉仪典型系统参数的基础上,系统研究了该干涉仪相位提取精度的主要影响因素。结合传统的五步相移算法,采用所提出的八步与十步相移算法,对Ronchi相移剪切干涉仪的相位提取误差进行理论分析和仿真计算。仿真结果说明,八步和十步相移算法可以有效地消除多级衍射光寄生干涉对相位提取精度的影响,且十步相移算法比八步相移算法具有更高的相位提取精度;为了提高测量精度,要求相移误差优于2%;探测器位数大于10位;光栅周期误差小于1%;光源空间相干性低于0.1。通过采用不同的相移算法、剪切率和光源空间相干性的三组对比实验,对理论分析的正确性进行了验证。

数字横向剪切干涉仪相移技术

由于相移式横向剪切干涉仪相移单元的分辨率、精度等参数直接影响其测试物镜波像差的精度,本文根据相移式横向剪切干涉测试原理,设计了采用宏微复合运动模式的相移组件,该相移组件可在25 mm行程内实现纳米级的相移运动。重点分析了柔性铰链复合四杆结构微动单元初始设计参数间的数学规律,计算了铰链刚度与弱截面应力,并给出了具体的设计实例。采用有限元分析方法,对设计实例中微动单元的相移量与压电陶瓷(PZT)出力之间的作用规律进行仿真,并分析了相移精度。结果显示,PZT在促动力输出范围内可促动0.1 mm^1 nm的一维相移运动,理论精度优于3.5 nm。微动单元的开环标定测试结果表明,相移微动单元的实际精度优于5 nm。

基于狭缝光阑的剪切散斑干涉动态测量

为了精确、实时地测量物体表面的动态形变,提出了基于狭缝光阑的空间载波剪切散斑干涉系统。该系统通过倾斜迈克尔逊干涉仪的一个平面镜来产生剪切量和载波频率,实现空间频谱的移动;采用一个可调节的狭缝光阑控制散斑大小和空间频谱宽度。基于傅里叶变换与反变换在空间频率域上提取所需的频谱并计算相位图,最后通过一幅干涉条纹图得到相位分布信息。采用该系统对一个中心加载、四周固支的薄铝板进行了动态测量,分析了光学系统参数对测量结果的影响。结果表明,采用像素尺寸为4.65μm×4.65μm的高分辨率相机,焦距为8mm的成像镜头,设置剪切量为25mm,狭缝光阑X方向的尺寸为1mm时,可得到高质量的剪切散斑相位图。该方法可以在25frame/s的采集速度下,以43.6°的视场角实现动态形变的测量,可测形变峰值为0.5~30μm。

剪切干涉技术新进展

在共光路干涉中，剪切干涉法已在很多领域有着广泛的应用。该方法有其独特的优越性，也存在局限性。这导致剪切干涉法只能在特定的条件下测量某些特定量。本文主要讨论干涉法的这些优缺点，并总结一些新进展，如剪切干涉中的相移技术，二维剪切干涉技术和剪切干涉中的载波技术。所有这些进展都是为了扩展剪切干涉法的应用领域，提高该方法的精度，并实现自动测量。

复合材料电子剪切散斑干涉无损检测

介绍了一种电子散斑干涉测量仪,对其测量原理和结构进行了描述。用此仪器对铝蜂窝夹层结构、树脂基复合材料等试样进行了检测,得到了满意的试验结果。

相移雅满横向剪切干涉仪

雅满横向剪切干涉仪是一种很重要的波面枪测仪器,特别是可以对白光的波面进行检测。为了弥补传统雅满横向剪切十涉仪的不足,提出了一种相移雅满横向剪切十涉仪。它是在雅满横向剪切干涉光路中插入起偏器,1/4波片和检偏器所形成,实现了剪切干涉与相移的结合,能有效地提高测量精度,可适用于白光的波面检测,结构简单且操作方便。实验中通过旋转检偏器获得了相移下涉图,其结果很好地验证了该相移雅满横向剪切十涉仪的有效性。

马赫-曾德尔型相移矢量剪切干涉仪

为了实现对激光波面的等光程测试,设计了一个新颖的相移矢量剪切干涉仪。该干涉仪以马赫曾德尔结构为基础,为等光程干涉仪。通过在相干的两路光束中分别插入楔角方向正交放置的楔板实现矢量剪切;其中一块楔板分成两块(平板部分和楔板部分),楔板部分沿平板部分的表面移动,通过改变光程差来实现相移,2π相移所需的移动距离为几毫米的量级,该相移方法在相移精度控制上比较简单。文中还对楔板引入的横向剪切误差和相移误差进行了分析,最后给出了实验所得的一组相移干涉图。

基于偏振合束的相移雅满剪切干涉仪

相移雅满横向剪切干涉仪非常适合于达到衍射极限的光束的波面检测。为了改进现有的在两路剪切光束中直接插入起偏器的相移雅满剪切干涉仪,提出了一种基于偏振合束的相移雅满剪切干涉仪。该剪切干涉仪利用雅满平板前后表面的反射进行分束并形成两路干涉光束,两路干涉光束分别通过剪切平板后偏振合束并进行偏振移相。它保持了常规雅满剪切干涉仪的光路结构,提高了剪切干涉图的对比度,不再存在插入起偏器引入测量误差的问题。构建了改进前、后的两种相移雅满双剪切干涉仪,并进行了相应的对比实验,实验结果很好地验证了基于偏振合束的相移雅满剪切干涉仪的实用性。

九步相移抗串扰算法的相移误差分析

在横向剪切干涉仪中,使用一种9步相移算法来消除零级衍射光对干涉信号的影响。为了分析相移误差对该9步相移算法相位复原精度的影响,本文通过建立理论模型,推导近似的相位复原误差函数,分析了相位复原误差与相移误差的关系的特性,结果表明这种算法的相位复原误差随着相位角的变化成正弦变化,并且该算法对相移误差不敏感,具有很强的适应性。同时这种9步数相移剪切干涉算法的相位复原误差函数存在两个奇点,相移误差接近奇点时,相位复原误差迅速增大。通过分析奇点位置,对控制相移误差和提高相位复原精度具有指导作用。

一维相移剪切干涉仪的调制度函数分析

为了分析一维相移剪切干涉仪中调制度的变化规律和影响。研究了一维光栅相移剪切干涉仪的基本原理,推导了干涉光强公式和光强调制度函数。通过将泽尼克单项像差代入到调制度函数因子,分析了泽尼克像差、剪切比对调制度函数的影响,发现测量范围主要受到高级球差和大剪切比限制。设计了一维相移剪切干涉仪的可见光实验装置,在632.8 nm波长分别使用周期为9 mm、18 mm一维光栅测量了一个NA=0.25显微物镜的波像差,实验结果表明:光栅周期为18 mm时可以正确测量,光栅周期为9 mm时,调制度存在反转点,像差超出测量范围,并验证调制度函数分析结果的正确性。

十三步光栅横向剪切干涉相位复原算法

光栅横向剪切干涉仪能够实现超高精度检测光学系统的波像差,是当前光刻镜头研发的重要组成内容之一。零级串扰和相移误差是影响光栅剪切干涉仪检测精度的两个主要因素,为此,提出了一种十三步光栅剪切干涉相位复原算法,在消除零级串扰的同时,还能够极大地降低对相移误差的苛刻要求。分析表明,当相移误差不大于25°时,相位复原误差小于0.01°(即2.8×10-5λ)。对于λ=193.386nm,相位复原误差小于0.005nm。因此,通过系统误差校正,光栅剪切干涉仪检测光刻镜头系统波像差的精度能够达到亚纳米级。