共光路径向剪切干涉仪的设计

　　1　引　言

　　与经典的Fizeau，Twyman-Green干涉仪相比，径向波面剪切干涉仪(Radial　Shearing　Inter-ferometer，RSI)无需标准镜提供参考光束，克服了传统干涉仪的某些不足，目前被广泛应用于光学表面检测、温度场检测等测试领域。1959年，Brown率先对径向剪切干涉仪进行研究，完成了采用会聚光照明的雅满形干涉仪的设计[1]。

　　1961年，Hariharan和Sen设计了一台同样 采用会聚光照明 的循环 式径 向剪 切干涉仪[2]，它通过两个焦距不同的组合透镜实现两波面剪切比的调节。1964年，Murty提出了基于开普勒望远系统的循环式径向剪切干涉仪[3]。1997年Tsuguo　Kohno等利用基于波带片的Mach-Zehnder径向剪切干涉仪测量了凹面镜的波前相位分布，得到了与ZYGO干涉仪同样的测试结果[4]。国内上海光机所、南京理工大学等单位也分别对横向与径向剪切干涉仪进行了研究，通过在Mach-Zehnder干涉光路中使用楔角方向正交放置的楔板实现矢量剪切与相移，并通过双波带板实现对光学非球面的检测[5-7]。

　　常规的径向剪切干涉测量装置大多通过透镜组或偏振分光镜等组件实现波面剪切，干涉仪最终的精度由其中各光学组件的实际面形精度通过相乘关系运算后得到，因此，光路中所采用的光学平板、分光镜等光学器件的加工、装调精度对干涉仪的整机测试精度影响很大，甚至部分抵消了剪切干涉仪 标准镜头的优势。此外诸如基于Mach-Zehnder或Brown径向剪切光路(或变形光路)的剪切干涉仪不具备共光路的特性，因此对环境、震动等检测条件要求较高，只能应用于短光路、投射光学表面等应用领域的检测过程。

　　基于上述原因，本文提出了一种采用斜方棱镜与三角棱镜构成胶合组合棱镜实现波面剪切的共光路径向剪切干涉仪，该干涉仪无需标准镜即可以应用于长光路光学干涉检测。

　　2　组合棱镜剪切干涉仪原理

　　2.1　波面剪切干涉原理

　　剪切干涉是通过特殊的光路结构将一个具有空间相干性的波面剪切为两个相同或相似的波面，由于两个波面彼此产生空间位置的交叠与分离，在两波面的重叠区域就形成一组干涉条纹[8]，根据干涉条纹的形状与条纹分布即可获得原始波面包含的信息。图1是两种典型的径向剪切干涉仪的工作原理。

　　本文设计的组合棱镜剪切干涉仪利用双通径向剪切干涉原理，采用特殊的光路设计，具备无需标准镜、共光路、可调剪切比、外形尺寸相对紧凑等特点。通过对干涉图的傅里叶变换条纹分析法，可以直接对干涉条纹进行计算，从而获得波面的实际畸变，其光路结构如图2所示。