用条纹扫描剪切干涉仪测量非球面面形

　　前言：随着激光与计算机应用的普及，70年代以来，在干涉测试技术方面出现了多种实时、快速、精密的数字波面干涉测试技术。其中有代表性的是条纹扫描技术光外差干涉技术和锁相干涉技术。条纹扫描技术是，使相干的两波面中的一个波面的位相作阶梯式或连续变化，从而使干涉场中干涉条纹作阶梯式或连续扫描，用光电方法测量波面上各点的位相。其中位相作阶梯式变化的叫静态法，它是在每一阶上对干涉场进行数据采集。位相作连续变化的叫动态法，是在位相连续变化中对干涉场进行光电检测。这种技术大多用于Twyman一Green型及Fizeau型干涉仪中。由于用这种类型的干涉仪不能解决相对最适球面偏离较大的所谓深度非球面的测试，因此，近年来出现了用于测量非球面的条纹扫描式的剪切干涉仪们也是为了解决深度非球面的测试问题，研制了条纹扫描型剪切干涉仪，并用它对习瞬面面形进行了实时测量。在本研究中采用的是静态条纹扫描方式的棱镜式横向剪切干涉仪。下面分别叙述其光学系统、测量原理、电路及数据处理方法，最后给出一个测量例。

　　1光学系统

　　图1为棱镜式横向剪切干涉仪的光学系统图。由氦氖激光器发出的激光经扩束系统扩束、准直，再经M:反射到达分束棱镜BS:。经BS;反射后通过 L:射向被测镜表面。L，为可换镜头，根据被测镜类型(平面、凹面、凸面及孔径)选择。由被测镜反射回来的光波再一次通过LI，BSI，进入另一分束棱镜 BS:.BS:将波面分为两个，一个波面透过BS:经直角棱镜RP;返回，再由BS:反射后射出;另一波面在BS:上反射经直角棱镜RP:返回，再透过 BS:射出。这样，可形成具有剪切量‘的两波面，在两波面重合区域产生干涉。两束光经透镜L:进入摄像机TVC。透镜L:使被侧镜成像在像机的靶面上。沿图1中箭头方向移动直角棱镜RP，可改变剪切量，用压电陶瓷驱动直角棱镜RPZ沿光轴移动可实现条纹扫描。

　　2条纹扫描剪切干涉测量原理

　　设由被测面反射回来的波面相对于最适参考球面的偏差用W(劣，y)表示，则自剪切干涉仪射出的两横向错位的波面分别为:

　　式中，a，6为两波面的振幅，壳=2:/儿s’为剪切量，I为由直角棱镜RP:移动引入的光程差。在两波面重合区域的干涉场的光强分布为:

　　其中，a=aZ+bZ，刀二Zab，△砰二(劣，少)=附娜+s，夕)一万你，y).当S很小时有:

　　由(3)式可知，当l变化时，I(多，y，l)是周期为久的周期函数。将(3)式进行傅氏展开，可得其一次谐波系数为: