偏振式点衍射干涉仪研究+文献综述(3)
但目前普遍使用的传统点衍射干涉仪，其基本原理都是通过在半透明基底上镀膜打孔，使小孔中直接透射的偏振态与小孔衍射的光一致。点衍射干涉仪其共轴的设计虽然增强了环境稳定性并降低了系统复杂性，但也造成了测试光和参考光束分离的问题。对于穿过同一路径的两束光来说，要做到使一束光发生位相且另一束光不变非常困难。因此如果使用如偏振片之类的材料作为点衍射板中的基底，就能使透射光和衍射光偏振态不同，然后在其后加入偏振器件来控制衍射、透射两光束的光强比。
本课题所研究的偏振式点衍射干涉仪在传统点衍射干涉仪的基础上引入偏振技术，使光束以正交偏振的状态开始干涉，解决了点衍射干涉仪中光强匹配的问题。这种方法不但应用于光学元件面形的测量，同样可以用于测量光学系统的入射波前。
1.2 光学波前检测技术原理及发展现状
波前是光波场波函数的等相位面。波前测试技术根据记载和获取波前信息的方法可分为波前曲率测量和波前斜率测量；根据光学波前测试的原理不同可分为非相干测量和相干测量。
采用非相干测量的波前探测器，其原理是利用波前子孔径衍射法来确定波前局部倾斜或斜率，从而通过重构波前的方法实现，典型非相干测量法有夏克-哈特曼法[2]；采用相干测量的探测器采集测试波前与参考波前的干涉图样，通过干涉条纹反应测试波面的误差，其采集的待测波前信息通过分析处理计算，可重构并还原为原始波前。根据干涉原理来测试波前相位的相干测量法有剪切干涉测量和点衍射干涉测量[3]。以下分别进行阐述。
1.2.1 夏克-哈特曼波前测量法
1900年，该测量法由德国光学家哈特曼首次提出，并运用于天文上测量畸变的波前。1971年，Roland Shack用阵列透镜代替哈特曼使用的光阑，使光斑中心坐标的测量精度提高，称为Shack-Hartmann传感器，即H-S传感器[4]。其原理如图1.1所示。
图1.1 夏克哈特曼波前传感器原理图
夏克-哈特曼传感器理论上在不需要参考波前的情况下，实现了波前的位相和强度测量，但由于微透镜阵列中透镜尺寸及数量的限制，传感器空间分辨率不足，因此采样误差较严重，并且对于波前整体平移不敏感。上述因素严重限制了其在激光系统波前测量上的应用。
1.2.2 剪切干涉测量
剪切干涉法是使一种变换被测波面，使其与变换前波面发生干涉并进行比较，从而求得被测波面的干涉技术。通过处理在波面重叠处干涉形成的干涉条纹，就可以获得原始波面信息。剪切干涉法一般可分为横向、径向、旋转、翻转这四大类。下面主要以常用的横向、径向剪切干涉法为例。
（A）横向剪切干涉[5]：有平行光入射和会聚光入射这两种不同入射光束的情况，如图1.2所示。波面通过干涉仪后形成两个彼此横向错开的波面，在两波面重叠的区域出现干涉条纹。波前若为静态，只需要先后采集正交方向的两组条纹；波前若为瞬态，需要同时得的正交两个方向的两幅干涉图，处理后就可恢复原始波面信息。
图1.2 横向剪切干涉仪原理图
横向剪切干涉仪检测时，两波面自身产生干涉，不需要参考波面，且对气流、温度等扰动因素不敏感，抗干扰能力强，结构相对简单，但必须精确控制正交方向的剪切量；瞬态波前的实时检测，需要同时采集到正交的两个方向的两幅干涉图。
（B）径向剪切干涉[6]：有平行光入射和会聚光入射这两种不同入射光束的情况，如图1.3所示。径向剪切干涉仪产生的两个相干波面仅是原始波面的扩大和缩小，在错位后的两波面中心部分相互重叠产生干涉，并形成干涉图。得到相应相位差后，通过处理计算就能得到畸变波前的相位分布。