[其他]偏振條紋掃描數(shù)字干涉儀

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 101985000006007
• 申請日: 1985-08-06
• 公開（公告）號: CN85106007B
• 公開（公告）日: 1988-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 伍樹東;陳祥禎;陶琇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 代理公司: 中國科學(xué)院上海專利事務(wù)所
• 代理人: 張澤純

偏振條紋掃描數(shù)字干涉儀是用于光學(xué)檢驗(yàn)的儀器，它利用起編器、偏振小孔、菲涅爾相板組成的位相偏振編碼器將被測的位相分布φ（Ｘ、Ｙ）編碼為不同偏振角分布φ（Ｘ、Ｙ）／２，通過旋轉(zhuǎn)檢編器進(jìn)行條紋掃描，其干涉圖由電視攝像機(jī)接收，送入微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。發(fā)明提供了測量透鏡、球面和平面等光學(xué)元件的實(shí)用的偏振條紋掃描數(shù)字干涉儀。該發(fā)明的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，在一般環(huán)境條件下工作，可獲得高精密的測量。

本發(fā)明屬于干涉儀，主要用于各種光學(xué)元件的光學(xué)檢驗(yàn)。

條紋掃描數(shù)字干涉儀是1974年首先由美國貝爾電話公司的J.H.Bruning等人提出的（Appl.opt.1974，vol，13，№11，2693），以后相繼被TROPEL，ZYGO公司發(fā)展為商品（MSchaham supIE，1981，vol，306 183;vs4201473-A），現(xiàn)在條紋掃描數(shù)字干涉儀已成為高精度波面測量最有效的手段。

目前條紋掃描數(shù)字干涉儀，例如ZYGO干涉儀由光源、條紋掃描干涉裝置、光電檢測及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。其中條紋掃描都是采用壓電晶體改變一干涉臂的光程來實(shí)現(xiàn)的。然而這種方法有下列缺點(diǎn)：

1.精密控制壓電晶體不易做到;

2.必須采用雙臂干涉方法，它對氣流和震動(dòng)極為敏感，使得系統(tǒng)對工作環(huán)境條件要求嚴(yán)格;

3.要求高精度參考面，其他光學(xué)元件要求也較高;

4.必須使用穩(wěn)頻激光器作光源。

5.干涉條紋不穩(wěn)定，很難觀察象差的零級干涉條紋;

6.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

為了克服上述缺點(diǎn)，發(fā)明人曾于1984年8月在日本第13屆國際光學(xué)會(huì)議上提出了一種新型的條紋掃描原理-偏振條紋掃描，並在中國光學(xué)學(xué)報(bào)上發(fā)表了“偏振條紋掃描干涉儀”一文（光學(xué)學(xué)報(bào)，1985，Vol、5，№2），對偏振條紋掃描原理作了進(jìn)一步閘述。

該文描述了一種檢測透鏡的偏振條紋掃描小孔干涉儀，如附圖6所示。沿光束前進(jìn)的方向依次是偏振軸可調(diào)的起偏器〔12〕，聚光鏡〔2〕，針孔板〔3〕、被測透鏡〔4〕、帶偏振小孔〔14〕的偏振板〔13〕、成象透鏡〔6〕、四分之一波片〔15〕和旋轉(zhuǎn)檢偏器〔7〕。其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：被測透鏡〔4〕處于偏振軸可調(diào)的起偏器〔12〕之后;偏振小孔〔14〕位于被測透鏡〔4〕的大孔徑角一方;成象透鏡〔6〕位于偏振板〔13〕和四分之一波片〔15〕之間，成象透鏡〔6〕一方面使光束準(zhǔn)直地進(jìn)入波片〔15〕，另一方面對被測透鏡〔4〕成象。這一結(jié)構(gòu)存在下列問題：

1.由于被測透鏡〔4〕，特別是被測透鏡為顯微物鏡，處于偏振軸可調(diào)的起偏器之后，有退偏作用，使入射到偏振小孔〔14〕上的不再是純線偏振光，干涉條紋不能完全消零，影響儀器的高精度測量。

2.偏振小孔〔14〕位于被測透鏡〔4〕的大孔徑角一方，這要求偏振小孔很小，如N.A＝0.25時(shí)，要求小孔直徑遠(yuǎn)小于2微米，因?yàn)槠衲ず瘛?00微米，相當(dāng)于100∶1的長筒小孔，難于制作。

3.四分之一波片〔15〕，有多個(gè)反射面，引起額外的干涉條紋，干涉圖的噪音不可避免，影響測量精度。若采用反射面鍍增透膜的話，波片的膠合層會(huì)在鍍膜過程中受熱而破壞，難于獲得高質(zhì)量的波片。

4.波片的相移與光束入射角有關(guān)，引起不均勻相移，產(chǎn)生測量誤差，這是高精度測量儀器不許的，因此要求波片〔15〕前使用透鏡〔6〕，保證以平行光準(zhǔn)直地進(jìn)入波片〔15〕。透鏡〔6〕一方面使光束準(zhǔn)直地進(jìn)入波片，另一方面又要對被測透鏡〔4〕成象，因而該透鏡與偏振板〔13〕的距離已限定等于焦距，成象倍率不能改變，這就限制了該干涉儀不能適應(yīng)對不同孔徑的被測透鏡〔4〕進(jìn)行測量。

5.附圖6所示的干涉儀，不能測量球面和平面反射光學(xué)元件。

綜上分析，發(fā)明人雖然在“偏振條紋掃描干涉儀”一文中提出了如附圖6所示的干涉儀的原理結(jié)構(gòu)，由于存在上述問題，該干涉儀實(shí)際上只是一種測量某種孔徑的透鏡的偏振條紋掃描干涉儀的原理演示裝置，不能測量球面和平面的反射元件，不能構(gòu)成應(yīng)用廣泛的實(shí)用的測量儀器。