条纹周期动态可调的通用型干涉仪

　　1　引　言

　　干涉仪被广泛用于光学元件表面或内部结构的检测以及光学系统成像质量的评价中[1]。自从1881年A.A.Michelson首次发明了迈科尔逊干涉仪以来[2]，干涉仪的应用遍及各个学科领域，同时对干涉测量的要求也越来越高。为方便不同结构、不同面形的光学元件的测量，满足不同精度的要求，国内外学者和商业公司相继开展了一系列干涉仪方面的研究，获得了丰硕的成果[3-9]。

　　纵观目前的干涉仪研究成果，为达到较好的处理效果，对条纹图的调节一般均采用倾斜参考镜引入载频来实现，而倾斜参考镜会改变光程差，需要重新调节整个光路，且倾斜参考镜对条纹图的调节范围有限，尤其对于深度非球面测量，条纹过密将导致无法测量，因此需要可大范围调节条纹密度的干涉方法。动态干涉仪尤其需要根据被测面形和结构的特点实时调节条纹频率[3-4]。非球面测量是干涉测量中较为复杂同时也是非常重要的一项任务，根据非球面特点需要动态调节干涉条纹。文献[8]采用共路干涉仪实现浅度非球面测量，不方便实时调节条纹周期;文献[10-11]分别提出用于非球面测量的剪切干涉仪和用于铌酸锂畴反转检测的雅敏干涉仪，可进行条纹变频调节，这是本文进一步研究的基础。而其他的干涉测量方法[6-7，9]未对条纹变频进行详加考虑。

　　如何方便调节条纹密度获取更好的测量效果，只调节参考镜并不是最优的选择。本文在文献[10-11]的基础上进行进一步实验研究，提出可用于多种光学结构测量的简单通用型干涉仪。通过改变两干涉光束的入射角来实现干涉条纹的动态调节，根据被测结构的特点实现测量结果的目视评估和定量评价。干涉仪主体仅由两块雅敏平板和四块光楔组成，采用完全对称的光路结构，具有很强的抗干扰性。采用对光学钽酸锂晶体进行畴结构的实时检测，可以证明通过选择最佳条纹周期，能够达到良好的测量结果，测量的精度达到λ/30。其中，条纹周期(一对黑白条纹)的调节范围为0.105～5.993(mm/pair)，可针对不同类型光学元件的结构特点进行条纹的实时调制。

　　2　干涉仪的原理与结构

　　图1为干涉仪的结构原理图。在传统的雅敏干涉仪的两个光路中间放置旋转双光楔，使得测量时干涉条纹的周期和倾角实时可调。从He-Ne激光器出来的单色激光经光束放大系统以与雅敏输入平板前表面成45°角入射，经过平板的反射和折反后形成a、b两路光，两路光分别通过可旋转双光楔2、3与4、5(两对双光楔可分别绕轴线o1-o2和o3-o4旋转，两轴线与光线传播方向平行)。在任一光路中放置待测物体(如光路b)，这样光路b经过待测物体的相位调制，入射到雅敏输出平板，经平板前表面反射到观察屏(或CCD的光敏面上);而光路a则通过雅敏输出平板折反后入射到观察屏上，两路光形成干涉条纹，这时被测元件的相位信息就包含在干涉条纹里。旋转双光楔，就可调节条纹周期和倾斜角以满足检测需要。