由于光波的时间相位变化频率非常高,随被测信息变化的空间相位变化相对缓慢,是可以被精密探测的。一般探测相位的光学原理,需要借助于干涉或相干,通过引入恰当的参考光波,可以将与被测信息有关的相位留痕固化。
比较实用的干涉成像系统,一般将强度直接成像的空间信息与由干涉相位解调的物理量(如光谱、应力)合成目标的三维特征信息(空间二维,其余物理量一维)。
图1-22是典型的干涉成像光谱仪的光路原理,其中由成像物镜得到的空间信息进入包含Sagnac棱镜的共光路干涉成像系统,通过一维推扫,在得到目标空间信息的同时,得到目标的光谱信息。图1-23是干涉成像光谱仪的阵列探测器上接收到的空间信息和干涉条纹的图像信息。
图1-22 典型的干涉成像光谱仪光路原理
图1-23 干涉成像光谱仪的阵列探测器上接收到的空间信息与干涉条纹图像信息
图1-24是干涉成像方面的另一典型应用——宽光谱低相干显微干涉仪,该仪器包含与显微物镜视场及NA匹配的宽谱光源科勒照明模块、内含小型干涉仪的干涉显微物镜模块、包含管镜和CCD的显微干涉图像接收采集模块。图1-25是宽光谱显微干涉仪视场看到的表面微观形貌与叠加在其上的低相干干涉条纹。经过专用算法与软件工程,解算反映表面高度的位相信息,可以得到高精度表面微观形貌。
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图1-24 宽光谱低相干显微干涉仪
激光干涉仪则是测量光学级表面面形形貌的高精度仪器,一方面通过干涉相位灵敏反映光学级表面每一位置的面形高度;另一方面,干涉仪成像系统必须对光学级表面清晰成像。大口径激光干涉仪是当前我国重大光学工程建设中的基础仪器,从2009年开始,经过10多年的建设,我国已经拥有600mm口径激光平面干涉仪的生产能力,将来会有更大口径的激光平面干涉仪问世,为我国大口径光学级表面建立基准。图1-26是我国自主研制投入生产的φ600mm口径平面干涉仪实物照片,图1-27给出了该干涉仪的测量结果得到的平面面形质量实例。
图1-25 宽光谱低相干显微干涉仪成像视场看到的表面微观形貌与叠加在其上的干涉图
图1-26 我国的600mm口径激光干涉仪实物
图1-27 600mm口径平面干涉仪的软件对某一光学级表面质量的测量结果
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