基于同步載頻移相的共光路干涉檢測裝置與方法，屬于光學領域，本發明專利技術為解決現有技術的不足之處。本發明專利技術包括光源、偏振片、準直擴束系統、兩個λ/4波片、待測物體、矩形窗口、第一透鏡、一維周期光柵、第二透鏡、偏振片組、圖像傳感器和計算機，打開光源，使光源發射的光束經偏振片和準直擴束系統準直擴束后形成平行偏振光束，該平行偏振光束通過兩個λ/4波片、待測物體和矩形窗口后，再依次經過第一透鏡、一維周期光柵和第二透鏡產生0級和±1級衍射光束，該衍射光束通過偏振片組濾波后，在圖像傳感器平面上產生干涉，將計算機采集獲得的干涉圖樣根據矩形窗口的小窗口的尺寸分割獲得兩幅干涉圖樣，通過計算得到待測物體的相位分布。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及，屬于光學領域。
技術介紹
載頻干涉利用具有一定夾角的物光和參考光發生干涉，可從形成的單幅載頻干涉圖獲得待測物體的位相信息，從而適合用 于運動物體或動態過程的實時測量，但是該方法為了能夠從單幅干涉圖樣中再現物光的復振幅分布，需要傾斜物光和參考光以獲得足夠大夾角使干涉圖樣的零頻分量、實像和共軛像在頻譜面上分離，進而不能充分利用圖像傳感器的橫向分辨率或空間帶寬積。墨西哥學者C. Meneses-Fabian等提出利用4f共焦系統和一維光柵相結合實現載 M 調制方法 C. Meneses-Fabian, G. Rodriguez-Zurita. Carrier fringes in thetwo-aperture common-path interferometer. Optics Letters, 2011，36(5):642_644。該方法將一維光柵置于4f共焦系統頻譜面離焦處，通過引入離焦量獲得載頻干涉圖，該方法不需傾斜物光和參考光，調整方便，成本低，同時因為采用共光路結構，抗干擾能力強，但是該方法仍不能充分利用圖像傳感器的橫向分辨率或空間帶寬積。西安光機所的姚保利等提出利用平行雙光柵的同步載頻移相干涉方法P. Gao, B.L. Yao, I. Harder, J. Min, R. Guo, J. Zheng, T. Ye. Parallel two-step phase-shiftingdigital holograph microscopy based on a grating pair.J.Opt. Soc. Am. A2011，28 (3) :434-440。該方法通過調整平行雙光柵間距調制載頻，并結合偏振調制通過一次曝光獲得兩幅相移載頻干涉圖。該方法通過將兩幅相移干涉圖樣相減來消除零頻分量，從而降低了對干涉圖樣中載頻量的要求，同時提高了對CCD的空間分辨率和空間帶寬積的利用率，但是該方法光利用率低，數據處理復雜，并需通過測量條紋確定載頻量。
技術實現思路
本專利技術目的是針對上述現有技術的不足之處，將離焦光柵分光技術和偏振調制技術相結合，提供了一種。本專利技術所述基于同步載頻移相的共光路干涉檢測裝置，它包括光源、偏振片、準直擴束系統、兩個X/4波片、待測物體、矩形窗口、第一透鏡、一維周期光柵、第二透鏡、偏振片組、圖像傳感器和計算機，其中、為光源發射光束的光波長，光源發射的光束經偏振片入射至準直擴束系統的光接收面，經該準直擴束系統準直擴束后的出射光束經過兩個X/4波片、待測物體及矩形窗口后入射至第一透鏡，經第一透鏡匯聚后的出射光束通過一維周期光柵后入射至第二透鏡，經第二透鏡透射后的衍射光束入射至偏振片組，該偏振片組的出射光束由圖像傳感器的光接收面接收，圖像傳感器的圖像信號輸出端連接計算機的圖像信號輸入端；以光軸的方向為z軸方向建立xyz三維直角坐標軸，所述矩形窗口沿垂直于光軸的方向設置，并且沿X軸方向均分為兩個小窗口 ；兩個λ/4波片均與矩形窗口平行設置，所述兩個λ/4波片沿X軸方向并行等間距排布在同一平面內；第一透鏡和第二透鏡的焦距都為f ;矩形窗口位于第一透鏡的前焦面上；一維周期光柵位于第一透鏡的后焦f-Af處并且位于第二透鏡的前焦f+ Λ f處，其中Af為離焦量，Λ f大于O并且小于f ；圖像傳感器位于第二透鏡的后焦面上；一維周期光柵的周期d與矩形窗口沿X軸方向的寬度D之間滿足關系d=2Af/D?；谏鲜龌谕捷d頻移相的共光路干涉檢測裝置的檢測方法，它的實現過程如下打開光源，使光源發射的光束經偏振片和準直擴束系統準直擴束后形成平行偏振光束，該平行偏振光束通過兩個λ /4波片、待測物體和矩形窗口后，再依次經過第一透鏡、一維周期光柵和第二透鏡產生O級和土 I級衍射光束，該衍射光束通過偏振片組濾波后，在圖像傳感器平面上產生干涉，將計算機采集獲得的干涉圖樣根據矩形窗口的小窗口的尺寸分割獲得兩幅干涉圖樣，通過計算得到待測物體的相位分布爐(^):I 、Im(W)φ χ,ν) =——；f ’、"1 Re (O')其中，O’為待測物體的復振幅分布，ImO表示取虛部，ReO表示取實部，O，=Fr1 {FT {(I1-I2) · RJ · HffI，其中，FT表示傅里葉變換，FT-1表示逆傅里葉變換，Hff為低通濾波器的傳遞函數，Re為根據一維周期光柵的離焦量△€得到的數字參考波函數&(17)RE(x, y) =exp (_i2 π X Δ f/f/d)，I1為由偏振片組中一片偏振片濾波得到的干涉圖強度分布，該偏振片的透光軸與X軸呈0°，I2為由偏振片組中另一片偏振片濾波得到的干涉圖強度分布，該另一片偏振片的透光軸與X軸呈45°，I1 (X，y) = I R |2+ | O 12+R*0+R0*，I2 (x, y) = I R12+ I O 12+exp (_i α ) R*0+exp (ia) RO*,其中，R表示參考光，R*表示R的復共軛，O表示物光，O*表示O的復共軛，α = π/2為載波相移量。本專利技術的優點本專利技術方法簡單、處理方便、可充分利用圖像傳感器的空間分辨率和空間帶寬積的檢測目的，同時還提供一種滿足和適用于上述方法的基于同步載頻移相的共光路干涉檢測裝置，使該方法得以實施。基于同步載頻移相的共光路干涉檢測方法有以下特點和有益效果I.克服了本領域的技術偏見，將離焦光柵分光技術和偏振調制技術相結合，通過一次曝光采集獲得兩幅相移干涉圖，并通過差動相減方法消除零頻分量以達到物體相位恢復的目的，這種結合方式獲得了意想不到的好的效果，不僅方法簡單易行，光利用率高，而且可充分利用CCD的橫向分辨率和空間帶寬積。2.兩幅載頻干涉圖對比度相同，載頻確定容易，映射關系簡單，可極大提聞相位恢復算法效率，同時可消除因多級次衍射引入的相移誤差和隨機噪聲，提高測量精度，進而更適合實時動態測量，這是區別于現有技術的創新點之二 ；本專利技術裝置具有如下顯著特點I.本專利技術裝置結構簡單，成本低；2.本專利技術裝置在操作中不需要改變光路，也不需要傾斜或移動任何實驗器件，操作方便靈活，穩定性高。附圖說明圖I是本專利技術所述基于同步載頻移相的共光路干涉檢測裝置的結構示意圖；圖2是偏振片組結構示意圖；圖3是與圖2對應的干涉圖樣； 圖4是在圖3的基礎上提取的兩幅干涉圖樣；圖5是恢復的相位分布圖；圖6是圖5中虛線以上的相位分布圖對應的一維分布圖。具體實施例方式具體實施方式一下面結合圖I說明本實施方式，本實施方式所述基于同步載頻移相的共光路干涉檢測裝置，它包括光源I、偏振片2、準直擴束系統3、兩個λ/4波片4、待測物體5、矩形窗口 6、第一透鏡7、一維周期光柵8、第二透鏡9、偏振片組10、圖像傳感器11和計算機12，其中λ為光源I發射光束的光波長，光源I發射的光束經偏振片2入射至準直擴束系統3的光接收面，經該準直擴束系統3準直擴束后的出射光束經過兩個λ /4波片4、待測物體5及矩形窗口 6后入射至第一透鏡7，經第一透鏡7匯聚后的出射光束通過一維周期光柵8后入射至第二透鏡9，經第二透鏡9透射后的衍射光束入射至偏振片組10，該偏振片組10的出射光束由圖像傳感器11的光接收面接收，圖像傳感器11的圖像信號輸出端連接計算機12的圖像信號輸本文檔來自技高網...
【技術保護點】
基于同步載頻移相的共光路干涉檢測裝置，它包括光源（1），其特征在于：它還包括偏振片（2）、準直擴束系統（3）、兩個λ/4波片（4）、待測物體（5）、矩形窗口（6）、第一透鏡（7）、一維周期光柵（8）、第二透鏡（9）、偏振片組（10）、圖像傳感器（11）和計算機（12），其中λ為光源（1）發射光束的光波長，光源（1）發射的光束經偏振片（2）入射至準直擴束系統（3）的光接收面，經該準直擴束系統（3）準直擴束后的出射光束經過兩個λ/4波片（4）、待測物體（5）及矩形窗口（6）后入射至第一透鏡（7），經第一透鏡（7）匯聚后的出射光束通過一維周期光柵（8）后入射至第二透鏡（9），經第二透鏡（9）透射后的衍射光束入射至偏振片組（10），該偏振片組（10）的出射光束由圖像傳感器（11）的光接收面接收，圖像傳感器（11）的圖像信號輸出端連接計算機（12）的圖像信號輸入端；以光軸的方向為z軸方向建立xyz三維直角坐標軸，所述矩形窗口（6）沿垂直于光軸的方向設置，并且沿x軸方向均分為兩個小窗口；兩個λ/4波片（4）均與矩形窗口（6）平行設置，所述兩個λ/4波片（4）沿x軸方向并行等間距排布在同一平面內；第一透鏡（7）和第二透鏡（9）的焦距都為f；矩形窗口（6）位于第一透鏡（7）的前焦面上；一維周期光柵（8）位于第一透鏡（7）的后焦f?Δf處并且位于第二透鏡（9）的前焦f+Δf處，其中Δf為離焦量，Δf大于0并且小于f；圖像傳感器（11）位于第二透鏡（9）的后焦面上；一維周期光柵（8）的周期d與矩形窗口（6）沿x軸方向的寬度D之間滿足關系：d=2λf/D。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：鐘志，單明廣，郝本功，張雅彬，竇崢，刁鳴，
申請(專利權)人：哈爾濱工程大學，
類型：發明
國別省市：
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