專利名稱：組合干涉儀位相差放大裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)全息位相差放大，特別是一種組合干涉儀位相差放大裝置。
背景技術(shù)：
用全息方法進(jìn)行位相差放大，可用來(lái)精確測(cè)定光學(xué)元件的質(zhì)量，也可用來(lái)檢測(cè)由于應(yīng)力、壓力等引起的系統(tǒng)的位相變化。目前主要的方法有利用非線性全息圖的高階衍射項(xiàng)實(shí)現(xiàn)位相差放大，但其放大倍數(shù)受到衍射級(jí)次的限制；利用照明光源一定的相干長(zhǎng)度，讓光束多次通過(guò)位相物體實(shí)現(xiàn)位相差放大，但對(duì)光路的調(diào)整要求非常高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種組合干涉儀位相差放大裝置，本發(fā)明的構(gòu)思是將這兩種方法M-Z干涉儀與T-G干涉儀結(jié)合起來(lái)，以期在同樣的衍射級(jí)次下，得到更高的放大倍數(shù)。對(duì)要求兩束光以一定角度入射到同一區(qū)域的情況下，T-G干涉儀不好調(diào)節(jié)，而M-Z干涉儀卻很容易滿足這個(gè)要求。因此，我們把M-Z干涉儀與T-G干涉儀結(jié)合起來(lái)，進(jìn)行位相差放大。
對(duì)于M-Z干涉儀與T-G干涉儀的工作原理，我們?cè)谶@里不想多作介紹，在任何一本高等光學(xué)書本里，都可以找到詳盡的介紹。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下組合M-Z和T-G干涉儀進(jìn)行位相差放大裝置如圖1所示。
位相物體置于M2與BS2之間，相當(dāng)于置于T-G干涉儀的一臂中。H為全息干板，物光在到達(dá)干板面之前是兩次通過(guò)物體的，到達(dá)H處的物光為0＝0exp[ik0]0＝2(x，y)+xsinθ0+δ0
參考光為R＝Rexp[ikR]R＝xsinθr+δr其中k＝2π/λ；λ為所用光源波長(zhǎng)；θ0、θr分別為物光和參考光相對(duì)于干板法線方向的入射角；δ0、δr為兩束光到達(dá)H時(shí)各自的光程；φ(x，y)為由位相物體引起的程差。干板上的光強(qiáng)I＝|O+R|2＝O2+R2+2ROcosk(0-R) (1)干板曝光量為E＝It，t為曝光時(shí)間。經(jīng)處理后的干板，其振幅透射率為T＝E-γ/2，如果γ＞2，可以把T按級(jí)數(shù)展開；若R2/O2-1，則展開式中高階項(xiàng)不能忽略，從而T-E呈非線性關(guān)系，再現(xiàn)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)高階衍射項(xiàng)。把全息圖看成光柵，把所有非線性項(xiàng)按正弦光柵展開，且不考慮常數(shù)項(xiàng)，最后可把振幅透射率寫為 其中bm是第m階衍射波的絕對(duì)振幅投射率，是由物光、參考光及全息圖處理過(guò)程決定的。
直接用M-Z干涉儀再現(xiàn)金息圖(也可用原拍攝光路直接再現(xiàn))，如圖2所示。L、F為一空間濾波系統(tǒng)，調(diào)節(jié)M1、BS2，使光束1經(jīng)H衍射后產(chǎn)生的+μ階衍射光波與光束2經(jīng)衍射后產(chǎn)生的-ν階衍射光波重合，并由空間濾波系統(tǒng)選出，在C處就可得到這兩束光的干涉圖。
光束1經(jīng)H衍射后，+μ階衍射光波為Uμ＝C1bμexpik[2μ(x，y)+x(sinθμ+μsinθ0-μsinθR)+μ(δ0-δR)+δ1]光束2經(jīng)H衍射后，-ν階衍射光波為U-ν＝C2b-νexpik[-2ν(x，y)-x(νsinθ0-νsinθR-sinθ-ν)-ν(δ0-δR)+δ2]如果此兩衍射光均在垂直于H的方向上，即衍射角為0，那么上述兩式中的角度項(xiàng)消失，于是C處的光強(qiáng)為I＝C12bμ2+C22b-ν2+2C1C2bμb-νcosk[2(μ+ν)(x，y)+(μ+ν)(δ0-δR)+(δ1-δ2)] (3)若令C1bμ＝C2b-ν＝b，且(μ+ν)(δ0-δR)+(δ1-δ2)為2π的整數(shù)倍，則(3)式為I＝2b2{1+cosk[2(μ+ν)(x，y)]}若μ＝ν＝N，則I＝2b2{1+cosk[4N(x，y)]} (4)可見，物體的位相差(x，y)被放大了4倍。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種組合干涉儀位相差放大裝置，包括全息圖形成裝置和全息圖重構(gòu)裝置兩部分，其特征在于所述的全息圖形成裝置的構(gòu)成為一氦氖激光光源并在該激光光源激光輸出光路上依次設(shè)有擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡和與光路呈45°第一分束器，在第一分束器的反射光路上設(shè)有呈45°的第二分束器，該第二分束器的反射光路依次設(shè)樣品和第二全反射鏡，在第二全反射鏡的反射光束前進(jìn)方向依次為樣品、第二分束器、與光路呈135°第三分束器和干板，在該第一分束器的透射光路上有與光路呈45°的第一全反射鏡，其反射光再經(jīng)第三分束器反射到達(dá)干板；所述的全息圖重構(gòu)裝置的構(gòu)成是一氦氖激光光源并在氦-氖激光光源激光輸出的光路上設(shè)第二擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡和與光路呈45°的第四分束器，該第四分束器將入射光束分成反射和透射兩光束A1、B2，在光束A1的光路上設(shè)第四全反鏡、第五分束器和照明干板；在光束B1的光路上有第三全反鏡和第五分束器，光束A1、B2通過(guò)第五分束器后同時(shí)照明干板上的全息圖，該干板之后同軸地設(shè)有透鏡、光闌和接收器。
所述的激光器，是一臺(tái)單橫模、輸出功率為10mW的He-Ne激光器。
所述的擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡，是一臺(tái)能把He-Ne激光器的輸出光束放大50倍的光學(xué)系統(tǒng)。
所述的第一、第二、第三、第四第五分束器是一塊在45°入射角情況下，透過(guò)50％、反射50％的介質(zhì)膜鏡。
所述的第一、第三、第四全反射鏡是一塊45°入射情況下，100％反射的介質(zhì)膜鏡，第二全反射鏡是一塊垂直入射情況下，100％反射的介質(zhì)膜鏡。
所述的樣品是一個(gè)對(duì)6328位相物體，待進(jìn)行位相差放大的光學(xué)系統(tǒng)。
所述的干板是用來(lái)記錄He-Ne激光器形成全息圖的記錄介質(zhì)，它對(duì)6328有較高的光譜靈敏度。
本發(fā)明的技術(shù)效果如下本發(fā)明的組合干涉儀位相差放大裝置和在同樣衍射級(jí)次下采用位相差放大系統(tǒng)相比，有較高的放大倍數(shù)。位相因子放大到原來(lái)的2(M+N)倍。與在先技術(shù)相比，位相因子放大到原來(lái)的2倍。


圖1為本發(fā)明組合干涉儀位相差放大裝置全息圖形成裝置結(jié)構(gòu)示意2為本發(fā)明組合干涉儀位相差放大裝置全息圖位相差放大重構(gòu)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
先請(qǐng)參閱圖1、圖2，由圖可見，本發(fā)明組合干涉儀位相差放大裝置，包括全息圖形成裝置和全息圖重構(gòu)裝置兩部分所述的全息圖形成裝置的構(gòu)成為一氦氖激光光源1并在該激光光源1激光輸出光路上依次設(shè)有擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡2和與光路呈45°第一分束器3，在第一分束器3的反射光路上設(shè)有呈45°的第二分束器5，該第二分束器5的反射光路依次設(shè)樣品8和第二全反射鏡6，在第二全反射鏡6的反射光束前進(jìn)方向依次為樣品8、第二分束器5、與光路呈135°第三分束器7和干板9，在該第一分束器3的透射光路上有與光路呈45°的第一全反射鏡4，其反射光再經(jīng)第三分束器7反射到達(dá)干板9；所述的全息圖位相差放大重構(gòu)裝置的構(gòu)成是一氦氖激光光源11并在氦一氖激光光源11激光輸出的光路上設(shè)第二擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡12和與光路呈45°的第四分束器13，該第四分束器13將入射光束分成反射和透射兩光束A1、B2，在光束A1的光路上設(shè)第四全反鏡16、第五分束器15和照明干板9；在光束B1的光路上有第三全反鏡14和第五分束器15，光束A1、B2通過(guò)第五分束器15后同時(shí)照明干板9上的全息圖，干板9之后同軸地設(shè)有透鏡17、光闌18和接收器19。
所述的激光器1、11是一臺(tái)單橫模、輸出功率為10mW的He-Ne激光器。具有較高的空間相干性和時(shí)間相干性。
所述的擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡2、12是一臺(tái)能把He-Ne激光器的輸出光束放大50倍的光學(xué)系統(tǒng)。
所述的第一、第二、第三、第四第五分束器3，5，7，13，15是一塊在45°入射角情況下，透過(guò)50％、反射50％的介質(zhì)膜鏡。
所述的第一、第三、第四全反射鏡4，14，16是一塊45°入射情況下，100％反射的介質(zhì)膜鏡，第二全反射鏡6是一塊垂直入射情況下，100％反射的介質(zhì)膜鏡。
所述的樣品8是一個(gè)對(duì)6328位相物體，待進(jìn)行位相差放大的光學(xué)系統(tǒng)。
所述的干板9是用來(lái)記錄He-Ne激光器形成全息圖的記錄介質(zhì)，它對(duì)6328有較高的光譜靈敏度。
本發(fā)明的工作原理和基本過(guò)程是當(dāng)He-Ne激光器1被擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡2放大50倍以后，被半透半反介質(zhì)膜鏡3分成A、B兩束光，其中A束光被半透半反介質(zhì)膜鏡5反射，進(jìn)入到樣品8中，被全反射鏡6全反射，按原路返回，再次進(jìn)入樣品8，穿過(guò)半透半反介質(zhì)膜鏡5和7，到達(dá)干板9上，而B束光經(jīng)全反射鏡4反射，被半透半反介質(zhì)膜鏡7反射到達(dá)干板9與A束光相遇形成全息圖。全息圖經(jīng)暗室處理以后，放到如圖2所示的全息圖位相差放大重構(gòu)裝置進(jìn)行位相差放大和重構(gòu)。
由輸出波長(zhǎng)為632.8nm的氦一氖激光光源11發(fā)射的光束，經(jīng)擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡12擴(kuò)束后，被第四半透半反鏡13后，分成A1、B1兩束光。光束B1經(jīng)第三全反鏡6和第五半透半反鏡14后，照明干板9上的全息圖；光束A1經(jīng)第四全反鏡16和第五半透半反鏡15后，也照明干板9上的全息圖。A1、B1束分別被全息圖衍射，各自產(chǎn)生0級(jí)，±1，±M，±N......級(jí)衍射，分別調(diào)整全反射鏡14、16，讓A1束在全息圖9上產(chǎn)生的+M級(jí)(或-N級(jí))衍射波和B1束在全息圖9上產(chǎn)生的-N級(jí)衍射波，在透鏡17的焦平面上重疊，再用光闌18濾去非重疊部分，再由接收器19接收。由于來(lái)自全息圖9上重構(gòu)的物波和它的共扼波是位相相反的，因此，A1束產(chǎn)生的+M級(jí)衍射波和B1束產(chǎn)生的-N級(jí)衍射波干涉后，位相因子放大到原來(lái)的2(M+N)倍。與在先技術(shù)相比，位相因子放大到原來(lái)的2倍。
權(quán)利要求
1.一種組合干涉儀位相差放大裝置，包括全息圖形成裝置和全息圖重構(gòu)裝置兩部分，其特征在于所述的全息圖形成裝置的構(gòu)成為一氦氖激光光源(1)并在該激光光源(1)激光輸出光路上依次設(shè)有擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡(2)和與光路呈45°第一分束器(3)，在第一分束器(3)的反射光路上設(shè)有呈45°的第二分束器(5)，該第二分束器(5)的反射光路依次設(shè)樣品(8)和第二全反射鏡(6)，在第二全反射鏡(6)的反射光束前進(jìn)方向依次為樣品(8)、第二分束器(5)、與光路呈135°第三分束器(7)和干板(9)，在該第一分束器(3)的透射光路上有與光路呈45°的第一全反射鏡(4)，其反射光再經(jīng)第三分束器(7)反射到達(dá)干板(9)；所述的全息圖位相差放大重構(gòu)裝置的構(gòu)成是一氦氖激光光源(11)并在氦—氖激光光源(11)激光輸出的光路上設(shè)第二擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡(12)和與光路呈45°的第四分束器(13)，該第四分束器(13)將入射光束分成反射和透射兩光束A1、B2，在光束A1的光路上設(shè)第四全反鏡(16)、第五分束器(15)和照明干板(9)；在光束B1的光路上有第三全反鏡(14)和第五分束器(15)，光束A1、B2通過(guò)第五分束器(15)后同時(shí)照明干板(9)上的全息圖，干板(9)之后同軸地設(shè)有透鏡(17)、光闌(18)和接收器(19)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合干涉儀位相差放大裝置，其特征在于所述的激光器(1、11)，是一臺(tái)單橫模、輸出功率為10mW的He-Ne激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合干涉儀位相差放大裝置，其特征在于所述的擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡(2、12)，是一臺(tái)能把He-Ne激光器的輸出光束放大50倍的光學(xué)系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合干涉儀位相差放大裝置，其特征在于所述的第一、第二、第三、第四第五分束器(3，5，7，13，15)是一塊在45°入射角情況下，透過(guò)50％、反射50％的介質(zhì)膜鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合干涉儀位相差放大裝置，其特征在于所述的第一、第三、第四全反射鏡(4，14，16)是一塊45°入射情況下，100％反射的介質(zhì)膜鏡，第二全反射鏡(6)是一塊垂直入射情況下，100％反射的介質(zhì)膜鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合干涉儀位相差放大裝置，其特征在于所述的樣品(8)是一個(gè)對(duì)6328位相物體，待進(jìn)行位相差放大的光學(xué)系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合干涉儀位相差放大裝置，其特征在于所述的干板(9)是用來(lái)記錄He-Ne激光器形成全息圖的記錄介質(zhì)，它對(duì)6328有較高的光譜靈敏度。
全文摘要
一種組合干涉儀位相差放大裝置，它是將M－Z干涉儀與T－G干涉儀結(jié)合構(gòu)成的進(jìn)行位相差放大，本發(fā)明裝置的位相因子放大2(M+N)倍，與在先技術(shù)相比，位相因子放大到原來(lái)的2倍。
文檔編號(hào)G01B9/021GK1563881SQ20041001738
公開日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2004年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月1日
發(fā)明者陳建文, 高鴻奕, 朱化鳳, 李儒新, 徐至展 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所