一種基于反射光柵的同步相移點衍射干涉檢測方法【專利摘要】基于反射光柵的同步相移點衍射干涉檢測方法屬于光學干涉檢測領域。該方法將測量光束經(jīng)第一傅里葉透鏡以及非偏振分光棱鏡后分成參考光和物光；參考光經(jīng)小孔反射鏡濾波反射后射向非偏振分光棱鏡，物光經(jīng)反射光柵反射并衍射生成+1級、0級和-1級三束物光，射向非偏振分光棱鏡；匯合于非偏振分光棱鏡參考光和物光共同經(jīng)過第二傅里葉透鏡變換后射向圖像傳感器，通過一次曝光采集獲得三幅強度分布分別為I+1、I0和I-1的干涉圖；代入公式計算獲得待測物體的相位分布；本發(fā)明兼顧了測量分辨力、測量效率以及測量窗口的視場，且檢測系統(tǒng)結構簡單，不需特殊光學元件，檢測過程中無需任何機械移動?！緦＠f明】一種基于反射光柵的同步相移點衍射干涉檢測方法【
技術領域：
】[0001]本發(fā)明屬于光學干涉檢測【
技術領域：
】，特別涉及一種基于反射光柵的同步相移點衍射干涉檢測方法?！?br>背景技術：
】[0002]光學干涉檢測法因其非接觸、分辨力高、無須對樣品做特殊處理等獨特特點，已被廣泛的應用于光學表面、形變及厚度等檢測領域。目前的光學干涉檢測結構可分為分離光路和共光路兩種：分離光路干涉儀，如泰曼-格林干涉儀、馬赫-曾德干涉儀等因為參考光束和測量光束通過不同路徑進行干涉，易受外界振動、溫度起伏等影響。相比于分離光路干涉儀，共光路干涉儀因為參考光束和測量光束經(jīng)過完全相同的光學路徑進行干涉，其對外界振動、溫度起伏等不敏感，具有抗干擾能力強等優(yōu)點，在光學干涉檢測領域備受關注。共光路干涉儀一種典型結構為點衍射干涉儀，但早期的點衍射干涉儀定量測量能力較差，為了彌補這一缺點，國內(nèi)外學者作了很多有益嘗試并逐漸提出反射式點衍射的結構。[0003]以色列學者N.T.Shaked提出一種反射式離軸點衍射顯微干涉儀（ShakedN.T."Quantitativephasemicroscopyofbiologicalsamplesusingaportableinterferometer,"0pt.Lett.，37(11)，2016-2018(2012).)，在一個標準4f光學系統(tǒng)中引入非偏振分光棱鏡產(chǎn)生兩束光，通過對其中一束光使用反射式針孔濾波，從而形成參考光，另一束光被反射鏡反射后通過非偏振分光棱鏡與參考光再度匯合。該檢測方法只需采集一幅干涉圖便可獲取定量相位信息，測量效率高，但因為方法基于離軸結構進行，犧牲了相機的空間帶寬和空間采樣能力，進而限制了系統(tǒng)空間分辨力，而且在相位恢復過程中容易丟失待測樣品的高頻信息。[0004]西安光機所的郭榮禮等提出了一種反射式點衍射同軸顯微干涉儀（R.Guo，B.Yao,P.Gao,J.Min,J.Zheng,T.Ye."ReflectivePoint-diffractionmicroscopicinterferometerwithlongtermstability."C0L2011,9(12):120002·)，通過引入偏振相移技術，按時間順序曝光采集四幅相移干涉圖，但該方法需要旋轉偏振元件來實現(xiàn)相移，操作復雜度高。[0005]專利201310206690.1"一種反射式點衍射離軸同步移相干涉檢測裝置與檢測方法"通過引入基于偏振分光棱鏡的分光同步正交相移技術，通過一次曝光采集獲得兩幅正交相移，在保證測量效率的同時，提高了系統(tǒng)測量分辨力，但因為利用偏振方法引入相移，因而系統(tǒng)中需要偏振片、偏振分光棱鏡等偏振元件，且相位恢復算法相對復雜。[0006]為提高系統(tǒng)測量分辨力，簡化系統(tǒng)結構，本發(fā)明人提出系列利用光柵引入相移的共路干涉檢測方法與裝置，如專利201410431707.8"基于反射光柵的相移點衍射干涉檢測裝置與方法"通過橫向移動反射光柵獲得不同相移的干涉圖，進而利用相移法恢復待測物體相位，具有原理簡單、調控精度高等優(yōu)點，但是該方法需要在檢測過程中移動光柵來獲得多幅相移圖恢復相位，造成檢測方法的實時性差；專利CN102538986B"基于三窗口的共光路干涉檢測方法與裝置"將測量窗口設置為三部分，結合一維透射周期光柵，通過一次曝光采集獲得三幅干涉圖完成測量，實時性好，但是該方法測量窗口視場利用率低?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0007]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有反射式點衍射結構存在的問題，提供一種基于反射光柵的同步相移點衍射干涉檢測方法。[0008]本發(fā)明所屬的基于反射光柵的同步相移點衍射干涉檢測方法，包括以下步驟：[0009](a)調整光源，使光源發(fā)射的光束經(jīng)準直擴束系統(tǒng)準直擴束后經(jīng)過窗口形成平行測量光束，該測量光束照射待測物體后，射向第一傅里葉透鏡，經(jīng)其傅里葉變換后再經(jīng)非偏振分光棱鏡后形成參考光和物光；[0010](b)參考光聚焦入射至小孔反射鏡，經(jīng)其濾波反射后再次射回非偏振分光棱鏡，物光聚焦入射至反射光柵，其特征是經(jīng)其反射并衍射生成+1級、〇級和-1級三束物光，且該三束物光光場分布滿足：On(x，y)=Cn.O(x-nAf/d，y),其中Cn=0.5exp(i2Jinu。/d)·sine(n/2)，Uci為反射光柵的初始偏移量，d為反射光柵周期，η為衍射級次，0(x,y)為平行測量光束照射待測物體后的光場分布，λ為光源的波長，f為透鏡的焦距，而后三束光射回非偏振分光棱鏡；[0011](C)匯合于非偏振分光棱鏡參考光和物光共同進入第二傅里葉透鏡，經(jīng)其變換后射向圖像傳感器，由圖像傳感器及與圖像傳感器相連的計算機通過一次曝光采集獲得三幅強度分布分別為1+1、Itl和I4的干涉圖樣；[0012](d)待測物體的相位分布％可由以下公式計算獲得：[0013]【權利要求】1.一種基于反射光柵的同步相移點衍射干涉檢測方法，其特征在于：包括以下步驟，(a)調整光源，使光源發(fā)射的光束經(jīng)準直擴束系統(tǒng)準直擴束后經(jīng)過窗口形成平行測量光束，該測量光束照射待測物體后，射向第一傅里葉透鏡，經(jīng)其傅里葉變換后再經(jīng)非偏振分光棱鏡后形成參考光和物光；(b)參考光聚焦入射至小孔反射鏡，經(jīng)濾波反射后再次射回非偏振分光棱鏡，物光聚焦入射至反射光柵，經(jīng)反射衍射生成+1級、〇級和-1級三束物光，且三束物光光場分布滿足：〇11(叉，7)=<^*0(叉-]1人；^(1，7)，其中(：11=0.56叉口（123111110/(1)*8；[11(3(11/2)，110為反射光柵的初始偏移量，d為反射光柵周期，η為衍射級次，0(x，y)為平行測量光束照射待測物體后的光場分布，λ為光源的波長，f為透鏡的焦距，而后三束光射回非偏振分光棱鏡；(c)匯合于非偏振分光棱鏡參考光和物光共同進入第二傅里葉透鏡，經(jīng)其變換后射向圖像傳感器，由圖像傳感器及與圖像傳感器相連的計算機通過一次曝光采集獲得三幅強度分布分別為1+1、Itl和Iη的干涉圖樣；(d)待測物體的相位分布％:其中PO進行歸一化處理并線性拉伸到-1?+1之間?！疚臋n編號】G01B9/02GK104457559SQ201410663949【公開日】2015年3月25日申請日期:2014年11月20日優(yōu)先權日:2014年11月20日【發(fā)明者】單明廣,鐘志,白鴻一,張雅彬申請人:哈爾濱工程大學