泰曼-格林型静态便携式干涉仪的设计

　　1　引　言

　　干涉测量技术已被广泛应用于波前探测,光学器件面型检测,光学系统波像差实时测量等光学测试领域。基于不同的干涉原理,干涉仪获取波像差信息的工作方式也不相同。根据不同的测试需求与条件,静态干涉仪与像移式干涉仪是较常见的两类基于干涉原理的波前信息获取仪器,其中静态干涉仪是基于最经典干涉理论的一种干涉仪器;像移式干涉仪则是经典干涉理论、现代微电子技术、控制理论相结合的新型波前获取仪器。本文是基于经典干涉理论,介绍了一种基于对泰曼-格林干涉原理进行创新性改进后得到的新方案,研制、设计了满足特定工程测试需求的小型静态干涉仪。

　　2　基本原理及改进方案

　　2.1　泰曼型干涉仪基本原理

　　泰曼型干涉仪的光学结构如图1所示。

　　泰曼型干涉仪是以迈克尔逊干涉仪为基础发展而来的。这种形式的干涉仪应用非常广泛,可以应用于检测棱镜和平板玻璃的材料均匀性,确定缺陷部位;也可以对微小角量进行精密测量;还可以对光学零件或光学系统进行综合质量评定。泰曼型干涉仪的特点是将迈克尔逊干涉仪的扩展光源改进为点光源,通过一组透镜将点光源发出的球面波变成平面波,即平行光束入射。其基本工作原理是点光源S发出的光束经准直物镜L1后变为平行光,该平面波经分光板G后,波前被分为两个传播方向相互垂直的平面波。一个传向M1,另一个传向M2。由于G,M1,M2均认为是理想平面,所以平面波经它们反射后仍认为是平面波,由于转向M1的平面波要两次经过被测光学系统(图1中为棱镜光学系统),因此只有当光学系统是完善的,即平面波经过光学系统后不产生波面畸变,反射回来的波仍为平面波。反之,如果光学系统是带有加工、装调失调量的不完善系统,则可以通过对干涉条纹的处理得到被测光学系统的实际波面。对于单个光学面即为面型误差,对于光学系统则为系统的波像差。

　　基于经典泰曼型系统的干涉仪原理如图2所示。其光源为激光光源,具有较高的相干性和长相干长度。根据实际被测光学系统的F数,还设计了相应的透镜L2。

　　2.2　改进型泰曼干涉仪基本光学原理

　　基于经典泰曼-格林干涉原理的干涉仪光学系统具有一定的局限性。如图2所示,激光器发出的球面波经透镜组L1后通过分光镜,被分为两路平面波分别至标准参考面M1与透镜L2,通过被测光学系统后反射重新与参考光束耦合后,被焦平面探测器CCD接收成像。

　　由于参考镜与透镜L2处于不同的光路之中,测试过程中的震动等环境条件的变化会对这个干涉光路带来极大影响。此外,这种光路形式给干涉仪的装调也带来的极大难度,装调误差对光路的整体耦合性影响较大。