【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及光干涉測量，特別是一種基于斐索干涉的波片相位延遲量測量裝置及方法。
技術介紹
1、波片是一種能使互相垂直的兩光振動間產生附加光程差或相位差的光學器件，用于改變光束的偏振狀態，在諸多精密光學系統中發揮著重要作用。相位延遲量是波片最主要的參數，但由于材料均勻性等因素的影響，波片實際的相位延遲量往往與標稱值之間存在一定偏差，進而影響光學系統的性能。因此，研究波片相位延遲量的準確測量方法具有重大意義。
2、現有的波片位相延遲測量方法一般是將波片置于起偏器與檢偏器之間，通過探測出射光強來計算波片的位相延遲，主要有旋轉偏振片法、旋轉波片法、光學補償法、傅里葉變換法、移相法等。然而，光路中的雜散光以及元件的缺陷都會影響出射光強的測量值，且實際操作中很難實現出射光強的準確探測，從而制約了位相延遲的測量精度。
3、干涉條紋能夠反映波前所攜帶的相位信息，基于此也形成了一系列位相延遲的測量方法，如邁克爾遜干涉法，但目前這一類方法多采用白光光源，而光源的光譜分布對測量結果有一定的影響。另外，其中一些方法需要移動或旋轉待測波片，容易引入機械誤差；另一些方法雖然避免了元件的位姿變動，但系統結構也變得相對復雜，操作困難。
4、綜上所述，當前波片相位延遲量測量方法大多對機械結構及元件要求較高，且無法避免環境因素帶來的測量誤差，因而難以實現測試精度以及實際操作的便捷度之間的平衡。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種結構簡單、操作方便、測量精度高的基于斐索
2、實現本專利技術目的的技術解決方案為：一種基于斐索干涉的波片相位延遲量測量裝置，包括沿光軸從前至后依次設置的激光干涉儀、第一偏振分束器、第二偏振分束器、透射平晶、待測波片和反射平晶；
3、所述激光干涉儀發出平行光束，經過第一偏振分束器和第二偏振分束器后形成兩束振動方向相互垂直的線偏振光；每一束線偏振光由透射平晶分為兩路：一路經透射平晶的后表面反射形成參考光束，另一路穿過透射平晶并經過待測波片后由反射平晶反射形成測試光束；兩束線偏振光各自的參考光束和測試光束發生干涉后分別進入激光干涉儀進行成像。
4、進一步地，所述第一偏振分束器與第二偏振分束器貼合在一起并分別位于系統光軸的兩側，且擺放姿態不同，具體為：
5、令系統光軸沿水平方向，且光軸方向為z軸，垂直光軸向上為y軸，與y軸、z軸所在平面垂直的為x軸；
6、第一偏振分束器的分束界面垂直于系統子午面并與系統弧矢面夾角為45°，用于形成一束線偏振光，光矢量沿x軸；
7、第二偏振分束器的分束界面垂直于系統弧矢面并與系統子午面夾角為45°，用于形成另一束線偏振光，光矢量沿y軸。
8、進一步地，所述透射平晶與反射平晶均為楔板，且均安裝在二維調整架上。
9、進一步地，所述待測波片的標稱值已知，且快軸方向與x軸的夾角為0°或90°。
10、一種基于斐索干涉的波片相位延遲量測量方法，該方法基于所述的基于斐索干涉的波片相位延遲量測量裝置，包括以下步驟：
11、步驟1、將待測波片放入測量光路中，調整反射平晶的俯仰、傾斜角度，使得待測波片區域內干涉條紋數為3～4根，待條紋穩定后，進行多次測量并取平均值，得到波面差測試數據w1(x,y)；
12、步驟2、取出待測波片，進行多次測量并取平均值，得到空腔測試數據w2(x,y)；
13、步驟3、計算扣除系統誤差后的波面差數據w(x,y)，公式為：
14、w(x,y)＝w1(x,y)-w2(x,y)
15、步驟4、對扣除系統誤差后的波面差數據w(x,y)進行消傾斜操作，計算待測波片區域的平均相位差，得到待測波片的相位延遲量δ。
16、進一步地，步驟4中對扣除系統誤差后的波面差數據w(x,y)進行消傾斜操作，計算待測波片區域的平均相位差，得到待測波片的相位延遲量δ，具體如下：
17、步驟4.1、對于波面差數據w(x,y)中包含的左右兩個分離波面，根據光路結構判斷理論上的相位超前側；
18、步驟4.2、對其中一個分離波面進行平面擬合，并將擬合的平面作為整個波面差數據的傾斜分量進行消傾斜操作，消除因待測波片傾斜造成的波前誤差，計算相位的超前側與滯后側的平均高度之差，記為超前側與滯后側的第一個相位差δ1；
19、步驟4.3、對另一個分離波面進行步驟4.2所述的計算過程，得到超前側與滯后側的第二個相位差δ2，然后計算超前側與滯后側的平均相位差δw，公式為：
20、步驟4.4、對超前側與滯后側的平均相位差δw結果進行修正，得到修改后的平均相位差δw′；
21、步驟4.5、計算待測波片相位延遲量δ，公式為
22、進一步地，步驟4.1中根據光路結構判斷理論上的相位超前側，具體如下：
23、當θ＝0°時，第一偏振分束鏡一側的波面相位超前；
24、當θ＝90°時，第二偏振分束鏡一側的波面相位超前。
25、進一步地，步驟4.4中，對超前側與滯后側的平均相位差δw結果進行修正，得到修改后的平均相位差δw′，具體如下：
26、(1)波面數據只能反映[-π,π]范圍內的相位主值，若待測波片(5)的相位延遲量大于或等于2π，作如下修正：
27、δw′＝δw+2kπ
28、(2)當一側的波面相位值為±π時，會出現相位跳變，導致原本相位超前一側的波面變為相位滯后一側的波面，即波面臺階方向相反，并且此時相位差的計算值與待測波片實際相位延遲量的兩倍之和為2π，因此作如下修正：
29、δw′＝2π-|δw|
30、本專利技術與現有技術相比，其顯著優點在于：(1)本專利技術基于斐索干涉的波片相位延遲量測量裝置結構簡單，光學元件少，操作便捷；(2)測量的物理量是出射光束的波面而非光強值，因而不受光電探測器件對光強值的測試精度的制約，且能消除背景光強的干擾；(3)除待測波片外，所需的偏振器件均位于系統的共光路部分，因此消除了由偏振器件的不均勻性等因素引起的測量誤差，提高了測量精度；(4)測試過程中去除了空腔測試結果，減少了元件位姿和環境因素引起的系統誤差，提高了測量精度。
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1.一種基于斐索干涉的波片相位延遲量測量裝置，其特征在于，包括沿光軸從前至后依次設置的激光干涉儀(1)、第一偏振分束器(2)、第二偏振分束器(3)、透射平晶(4)、待測波片(5)和反射平晶(6)；
2.根據權利要求1所述的基于斐索干涉的波片相位延遲量測量裝置，其特征在于，所述第一偏振分束器(2)與第二偏振分束器(3)貼合在一起并分別位于系統光軸的兩側，且擺放姿態不同，具體為：
3.根據權利要求1所述的基于斐索干涉的波片相位延遲量測量裝置，其特征在于，所述透射平晶(4)與反射平晶(6)均為楔板，且均安裝在二維調整架上。
4.根據權利要求1所述的基于斐索干涉的波片相位延遲量測量裝置，其特征在于，所述待測波片(5)的標稱值已知，且快軸方向與x軸的夾角為0°或90°。
5.一種基于斐索干涉的波片相位延遲量測量方法，其特征在于，該方法基于權利要求1～4任一項所述的基于斐索干涉的波片相位延遲量測量裝置，包括以下步驟：
6.根據權利要求5所述的基于斐索干涉的波片相位延遲量測量方法，其特征在于，步驟4中對扣除系統誤差后的波面差數據W(x
7.根據權利要求6所述的基于斐索干涉的波片相位延遲量測量方法，其特征在于，步驟4.1中根據光路結構判斷理論上的相位超前側，具體如下：
8.根據權利要求6所述的基于斐索干涉的波片相位延遲量測量方法，其特征在于，步驟4.4中，對超前側與滯后側的平均相位差δw結果進行修正，得到修改后的平均相位差δw′，具體如下：
...【技術特征摘要】
1.一種基于斐索干涉的波片相位延遲量測量裝置，其特征在于，包括沿光軸從前至后依次設置的激光干涉儀(1)、第一偏振分束器(2)、第二偏振分束器(3)、透射平晶(4)、待測波片(5)和反射平晶(6)；
2.根據權利要求1所述的基于斐索干涉的波片相位延遲量測量裝置，其特征在于，所述第一偏振分束器(2)與第二偏振分束器(3)貼合在一起并分別位于系統光軸的兩側，且擺放姿態不同，具體為：
3.根據權利要求1所述的基于斐索干涉的波片相位延遲量測量裝置，其特征在于，所述透射平晶(4)與反射平晶(6)均為楔板，且均安裝在二維調整架上。
4.根據權利要求1所述的基于斐索干涉的波片相位延遲量測量裝置，其特征在于，所述待測波片(5)的標稱值已知，且快軸方向與x軸的夾角為0°或90°。
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳磊，李晶晶，劉宇晴，鄭東暉，馬致遙，張喆，
申請(專利權)人：南京理工大學，
類型：發明
國別省市：
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