基于空間相位調(diào)制的緊湊非等光程光纖點衍射干涉儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于空間相位調(diào)制的緊湊非等光程光纖點衍射干涉儀，屬于光學(xué)檢測領(lǐng)域。包括光學(xué)匹配系統(tǒng)、分光鏡、第一和第二傅里葉透鏡、CCD探測器和計算機系統(tǒng)；還包括兩頭分別放置在第一和第二傅里葉透鏡各自焦點處的單模光纖。本實用新型利用光纖可彎曲性，引導(dǎo)參考光束走向，而不必使用大量反射鏡，這樣即能減少光學(xué)元件引入誤差，又有利于裝置結(jié)構(gòu)小型化和集成化。本實用新型與傳統(tǒng)點衍射干涉儀相比只需一副空間線性載頻干涉條紋圖就可通過快速傅里葉變換法準(zhǔn)確地復(fù)原出待測光波前相位分布；結(jié)構(gòu)簡單緊湊、無需專門的參考光；且信號光與待測光之間不存在使波前畸變的任何光學(xué)元件，復(fù)原波前準(zhǔn)確性高；適用于各類波前相位靜動態(tài)檢測領(lǐng)域。
【專利說明】
基于空間相位調(diào)制的緊湊非等光程光纖點衍射干涉儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及一種自參考干涉波前相位傳感技術(shù)，特別涉及一種基于空間相位 調(diào)制的緊湊非等光程光纖點衍射干涉儀，屬于光學(xué)檢測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，精密測量技術(shù)變得越來越重要，而光學(xué)測量技術(shù)因其具 有高精度、高靈敏度、非接觸等優(yōu)勢，在測量領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。激光波前檢測技術(shù)在光學(xué) 檢測、自適應(yīng)光學(xué)、激光傳輸與控制、生物光學(xué)成像技術(shù)與應(yīng)用，以及眼科醫(yī)學(xué)檢測等工業(yè) 制造、醫(yī)學(xué)和科研等領(lǐng)域均具有廣闊的應(yīng)用前景。因此，對波前傳感技術(shù)的研究具有重要的 研究價值和實際意義。常用的激光波前檢測技術(shù)有哈特曼-夏克(Hartmann-Shack)波前傳 感技術(shù)和自參考波前測量技術(shù)。哈特曼-夏克波前傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、標(biāo)定方便、測量動 態(tài)范圍大等優(yōu)點；其測量原理是通過測量在子孔徑陣列上和在兩個正交方向上的波前梯度 矢量，再經(jīng)過計算機計算進行波前重構(gòu)。但其測量精度一般，只能達到十分之一波長量級， 這是受到其微透鏡陣列幾何尺寸的限制。提高測量精度的方法一般是增加微透鏡陣列數(shù) 量，但隨之而來的就是大量的待處理數(shù)據(jù)量，并且需要提高計算機數(shù)據(jù)處理速度。近年來， 學(xué)者們提出了許多辦法來紓解自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)對計算機數(shù)據(jù)處理速度的要求，例如用許多 個小微透鏡陣列來代替一個大微透鏡陣列，用局部校正替換全局校正的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng) 等。但這些方法都不能解決自適應(yīng)波前傳感的根本問題，所以很難用哈特曼-夏克波前傳感 技術(shù)實現(xiàn)高精度實時測量。
[0003] 自參考波前測量技術(shù)是光學(xué)測量技術(shù)的一個重要分支。自參考波前傳感器早已成 為光學(xué)元件、光學(xué)系統(tǒng)以及激光光束質(zhì)量檢測的重要手段，其檢測精度可達到百分之一波 長量級。其中點衍射干涉技術(shù)由于其高精度、高速率、強抗干擾能力以及低成本等優(yōu)勢在各 種波前相位動態(tài)和靜態(tài)高精度檢測中得到了廣泛的應(yīng)用。其廣泛的應(yīng)用也推動了點衍射干 涉研究的發(fā)展。
[0004] 1933年，Linnik最早在文南犬"Simple interferometer for the investigation of optical systems"中提出了點衍射干涉儀的理論雛形，直到1974年，J ? Strong和 R.N. Smartt才在光學(xué)協(xié)會雜志上發(fā)表了 "Point-diffraction interferoment" 一文，此文 章詳細(xì)地介紹了點衍射干涉儀的基本理論，并指出這套系統(tǒng)在理論上可達到很高的測量精 度。自點衍射干涉儀被提出后，各國科研工作者做了大量工作，不斷改進、完善點衍射干涉 技術(shù)來提高其測量精度，擴展其應(yīng)用范圍。最近10來年，點衍射干涉技術(shù)依然是一個熱門研 究領(lǐng)域，在追求高精度測量的同時，點衍射干涉儀的簡單化、小型化和集成化也越來越被重 視。如杜永兆等人在文南犬"Circular common-path point diffraction interferometer, Optics letters 37,3927-3929(2012)"中提出的的環(huán)形共路點衍射干涉儀；后來Hongyi Bai等人在文南犬"Common path interferometer based on the modified Michelson configuration using a reflective grating,Optics and Lasers in Engineering 75, 1-4(2015)"提出的更為緊湊的基于光柵的點衍射干涉儀可以對微小液滴揮發(fā)進行實施準(zhǔn) 確的測量。大部分點衍射干涉裝置都采用針孔掩膜板產(chǎn)生理想?yún)⒖疾ǎ谀ぐ遽樋踪|(zhì)量是 影響點衍射干涉裝置準(zhǔn)確性的關(guān)鍵，但高質(zhì)量針孔掩膜版制作難度較高，成本也較大。光纖 制造技術(shù)及耦合技術(shù)的發(fā)展為光纖取代點衍射干涉儀中的小孔提供了可能性，目前光纖纖 芯直徑已經(jīng)能夠達到2wii以下，并且光纖可以進一步拉成光纖錐，使得纖芯直徑進一步縮 小;這樣光纖就能夠衍射出更高質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)球面波，從而就可以設(shè)計出更高精度以及結(jié)構(gòu) 更加合理的點衍射干涉儀。Hagyong Kihm和YunWoo Lee在文獻"A fiber-diffraction interferometer using a coherent fiber optic taper Measurement Science and Technology 21,105306(2010)"中提出了一種用于檢測樣品表面的光纖點衍射干涉儀，但 是該光路較長，因此該光纖點衍射干涉儀對環(huán)境的抗干擾能力相對較弱且不利于集成化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實用新型的目的正是順應(yīng)當(dāng)前點衍射干涉儀發(fā)展趨勢，并克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺 陷和不足，提出的一種基于空間相位調(diào)制的緊湊非等光程光纖點衍射干涉儀。該點衍射干 涉儀采用光纖進行點衍射，利用光纖的可彎曲性，引導(dǎo)參考光束走向，而不必使用大量的反 射鏡，這樣即能減少光學(xué)元件引入誤差，又有利于裝置結(jié)構(gòu)的小型化和集成化。
[0006] 本實用新型的基本設(shè)計思想是:本實用新型提出一種基于空間相位調(diào)制的緊湊非 等光程光纖點衍射干涉儀，該點衍射干涉儀采用光纖點衍射裝置進行參考光生成，并采用 分光鏡在參考光與信號光之間引入空間線性載頻，利用空間相位調(diào)制技術(shù)可以快速準(zhǔn)確的 測量待測光波前相位分布情況。該點衍射干涉儀的設(shè)置包括光學(xué)匹配系統(tǒng)、分光鏡、第一和 第二傅里葉透鏡、(XD探測器和計算機系統(tǒng);還包括兩頭分別放置在第一和第二傅里葉透鏡 各自焦點處的單模光纖。按光路描述，待測激光被分光鏡分為透射光和反射光，透射光通過 由兩個傅里葉透鏡和單模光纖組成的點衍射裝置，產(chǎn)生近似理想的平面波作為參考光;反 射光直接作為信號光。通過調(diào)節(jié)分光鏡的傾斜角度引入空間線性載頻，最后信號光與再次 透過分光鏡的參考光在相互重疊區(qū)域發(fā)生相干，形成含有待測光波前相位全部信息的空間 線性載頻干涉條紋被CCD探測器采集并傳送至計算機系統(tǒng)。由于干涉條紋的空間線性載頻 大小可以通過調(diào)節(jié)分光鏡的傾斜角度進行調(diào)節(jié)，因此只需要一副空間線性載頻干涉條紋圖 就可以通過快速傅里葉變換法(FFT)或主成分分析法(PCA)就可以快速準(zhǔn)確地復(fù)原出待測 光的波前相位分布。
[0007] 為實現(xiàn)本實用新型的上述目的，本實用新型采用由以下技術(shù)措施構(gòu)成的技術(shù)方案 來實現(xiàn)的。
[0008] 本實用新型所述基于空間相位調(diào)制的緊湊非等光程光纖點衍射干涉儀，包括光學(xué) 匹配系統(tǒng)、分光鏡、第一傅里葉透鏡和第二傅里葉透鏡、CCD探測器和計算機系統(tǒng);按照本實 用新型，還包括兩頭分別放置在第一傅里葉透鏡和第二傅里葉透鏡各自焦點處的單模光 纖;按光路描述，來自光學(xué)匹配系統(tǒng)的激光束，該待測激光被分光鏡分為透射光和反射光， 透射光通過由第一傅里葉透鏡、第二傅里葉透鏡和單模光纖組成的點衍射裝置，產(chǎn)生近似 理想的平面波作為參考光;反射光直接作為信號光;通過調(diào)節(jié)分光鏡的傾斜角度引入空間 線性載頻，最后信號光與參考光在相互重疊區(qū)域發(fā)生相干，形成含有待測光波前相位全部 信息的空間線性載頻干涉條紋，并被CCD探測器采集再傳送至計算機系統(tǒng)處理。
[0009] 上述方案中，所述分光鏡為單波長分光鏡，它同時起著分光、調(diào)節(jié)信號光和參考光 光強比，以及在參考光與信號光之間引入空間線性載頻的作用。
[0010] 上述方案中，所述單模光纖纖芯直徑大小為艾里斑直徑大小量級，以產(chǎn)生近似理 想的球面波。
[0011] 上述方案中，所述的第一傅里葉透鏡和第二傅里葉透鏡均為正傅里葉透鏡。
[0012] 本實用新型所述基于空間相位調(diào)制的緊湊非等光程光纖點衍射干涉儀，包括光學(xué) 匹配系統(tǒng)、分光鏡、第一傅里葉透鏡和第二傅里葉透鏡、CCD探測器和計算機系統(tǒng);按照本實 用新型，還包括置于光學(xué)匹配系統(tǒng)后的載波片和其上的待測樣品，以及兩頭分別放置在第 一傅里葉透鏡和第二傅里葉透鏡各自焦點處的單模光纖;按光路描述，來自光學(xué)匹配系統(tǒng) 的激光束通過載波片上待測樣品后，被分光鏡分為透射光和反射光，透射光通過由第一傅 里葉透鏡、第二傅里葉透鏡和單模光纖組成的點衍射裝置，產(chǎn)生近似理想的平面波作為參 考光;反射光直接作為信號光;通過調(diào)節(jié)分光鏡的傾斜角度引入空間線性載頻，最后信號光 與參考光在相互重疊區(qū)域發(fā)生相干，形成含有全部待測樣品信息的波前相位的空間線性載 頻干涉條紋，并被CCD探測器采集再傳送至計算機系統(tǒng)處理。
[0013] 上述方案中，所述待測樣品為動態(tài)樣品或靜態(tài)樣品。
[0014] 上述方案中，所述分光鏡為單波長分光鏡。
[0015] 上述方案中，所述單模光纖纖芯直徑大小為艾里斑直徑大小量級。
[0016] 上述方案中，所述的第一傅里葉透鏡和第二傅里葉透鏡均為正傅里葉透鏡。
[0017] 本實用新型所述的基于空間相位調(diào)制的緊湊非等光程光纖點衍射干涉儀，當(dāng)需要 對動態(tài)或靜態(tài)樣品特性進行測量時，只需將樣品放置在光學(xué)匹配系統(tǒng)之后、分光鏡之前的 光路上，其余光路不變。當(dāng)待測動態(tài)或靜態(tài)樣品是液體或者無法直接固定的樣品時，可以將 樣品附著在載玻片上再放置于光學(xué)匹配系統(tǒng)之后，通過檢測由待測樣品引起的相位變化對 該樣品的特性，如厚度、折射率以及均勻性等進行實時探測。
[0018] 本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下特點和有益技術(shù)效果：
[0019] 1、本實用新型所公開的基于空間相位調(diào)制的緊湊非等光程光纖點衍射干涉儀與 傳統(tǒng)的哈特曼_夏克波前傳感器相比，其CCD探測器的每一個像素點就相當(dāng)于微陣列中的一 個子孔徑，因此，每一個像素點都能測得對應(yīng)空間大小的待測波前分量，從而大大提高了波 前相位檢測的空間分辨率和測量精度。
[0020] 2、本實用新型所公開的基于空間相位調(diào)制的緊湊非等光程光纖點衍射干涉儀與 傳統(tǒng)的點衍射干涉儀相比，用分光鏡引入了空間線性載頻，因此只需要一副空間線性載頻 干涉條紋圖就可以通過快速傅里葉變換法(FFT)或主成分分析法(PCA)快速準(zhǔn)確地復(fù)原出 待測光的波前相位分布，使得本實用新型的光纖點衍射干涉儀可適用于各種波前相位動態(tài) 和靜態(tài)高精度檢測。
[0021] 3、本實用新型所公開的基于空間相位調(diào)制的緊湊非等光程光纖點衍射干涉儀中， 所述CCD探測器采集的干涉條紋的空間線性載頻大小可以通過調(diào)節(jié)分光鏡的傾斜角度進行 調(diào)節(jié)，當(dāng)待測波前相位存在相位跳變時，可以通過采集不同空間線性載頻下的多幅干涉條 紋圖進行相位計算。
[0022] 4、本實用新型所公開的基于空間相位調(diào)制的緊湊非等光程光纖點衍射干涉儀，利 用光纖的可彎曲性，引導(dǎo)參考光束走向，而不必使用大量的反射鏡，這樣即能減少光學(xué)元件 引入誤差，又有利于裝置結(jié)構(gòu)的小型化和集成化。
[0023] 5、本實用新型所公開的基于空間相位調(diào)制的緊湊非等光程光纖點衍射干涉儀，利 用光纖代替?zhèn)鹘y(tǒng)點衍射干涉儀的小孔進行點衍射，其中央亮斑集中了衍射光束的絕大部分 光能量，對于單模光纖而言，其中央亮斑相對于衍射光束總能量的百分比大于99.93%;而 平面波圓孔的夫瑯禾費衍射的艾里斑相應(yīng)的百分比僅為83.18%;以上數(shù)據(jù)參見文獻"弱導(dǎo) 光纖的標(biāo)量衍射光束特性分析，中國激光，第30卷第9期(2003)"；由此可見用光纖代替?zhèn)鹘y(tǒng) 點衍射干涉儀的小孔進行點衍射可以顯著提高光的利用率。
[0024] 6、本實用新型所公開的基于空間相位調(diào)制的緊湊非等光程光纖點衍射干涉儀中， 待測光直接通過分光鏡反射成為信號光，其結(jié)構(gòu)緊湊抗噪能力強，且信號光除分光鏡外未 經(jīng)過其他光學(xué)元件，測得的波前沒有發(fā)生畸變。
[0025] 7、本實用新型所公開的基于空間相位調(diào)制的緊湊非等光程光纖點衍射干涉儀中 所涉及到的光纖為普通單模光纖，孔徑在艾里斑大小量級，其價格便宜，得到的參考光是較 為理想的參考平面波。
【附圖說明】
[0026] 圖1是本實用新型實施例一基于空間相位調(diào)制的緊湊非等光程光纖點衍射干涉儀 結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖2中，（a)是通過調(diào)節(jié)圖1中分光鏡的傾斜角度對空間線性載頻大小進行調(diào)節(jié)的 原理示意圖，（b)和(c)是本實用新型實施例一實際測量中調(diào)節(jié)分光鏡的傾斜角度通過CCD 探測器采集到的空間線性載頻干涉條紋圖，其中采集圖（b)對應(yīng)的分光鏡的傾斜角度大于 采集圖（c)對應(yīng)的分光鏡的傾斜角度；
[0028] 圖3是本實用新型實例一采用圖1裝置用于實際測量中得到的激光波前相位三維 分布圖；
[0029] 圖4是本實用新型實施例二基于空間相位調(diào)制的緊湊非等光程光纖點衍射干涉儀 的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖5是本實用新型實施例二采用圖4裝置用于實際測量中由CCD探測器采集到的空 間線性載頻干涉條紋圖；
[0031] 圖6是從圖5中提取的波前相位三維分布圖。
[0032]圖中，1-光學(xué)匹配系統(tǒng)，2-分光鏡，3-第二傅里葉透鏡，4-單模光纖，5-第一傅里葉 透鏡，6-CCD探測器，7-計算機系統(tǒng)，8-載玻片，9-待測樣品。
【具體實施方式】
[0033] 下面結(jié)合附圖，并通過具體實施例對本實用新型進一步詳細(xì)說明，但它僅用于說 明本實用新型的一些具體的實施方式，而不應(yīng)該理解為是對本實用新型保護范圍的任何限 定。
[0034] 本實用新型所述基于空間相位調(diào)制的緊湊非等光程光纖點衍射干涉儀，其結(jié)構(gòu)如 圖1所示，包括光學(xué)匹配系統(tǒng)1、分光鏡2、第一傅里葉透鏡5和第二傅里葉透鏡3、CCD探測器6 和計算機系統(tǒng)7;按照本實用新型，還包括兩頭分別放置在第一傅里葉透鏡5和第二傅里葉 透鏡3各自焦點處的單模光纖4。按照光路描述，來自光學(xué)匹配系統(tǒng)1的待測光束被分光鏡2 分為兩束，即一束透射光和一束反射光，所述反射光直接進入CCD探測器6，作為信號光;而 透射光則經(jīng)過第一傅里葉透鏡5聚焦后，耦合進入單模光纖4,經(jīng)過單模光纖衍射的透射光 形成理想的球面波，單模光纖4出口端位于第二傅里葉透鏡3的焦點處，這樣對球面波進行 準(zhǔn)直放大，形成理想的平面波，作為參考光。參考光再次透過分光鏡2并和信號光在它們相 互疊加的區(qū)域發(fā)生干涉，通過調(diào)整分光鏡2傾斜角度在參考光與信號光之間引入空間線性 載頻，最后用CCD探測器6采集、記錄下攜帶有待測波前相位信息的干涉條紋圖并發(fā)送至計 算機系統(tǒng)7做進一步處理。
[0035] 由于本實用新型的干涉儀中使用光纖代替了傳統(tǒng)的針孔掩膜板，這樣的好處有三 個:第一是不必專門定制針孔，就可產(chǎn)生較高的光利用率的理想?yún)⒖疾?第二是光纖代替?zhèn)?統(tǒng)的小孔進行點衍射可以顯著提高光的利用率;第三是利用光纖的可彎曲性，引導(dǎo)參考光 束走向，而不必使用大量的反射鏡，這樣即能減少光學(xué)元件引入誤差，又有利于裝置結(jié)構(gòu)的 小型化和集成化。
[0036] 假設(shè)待測激光復(fù)振幅表示為[沖(U)j，則本實用新型所述CCD探測器6接收 到的空間線性載頻干涉條紋強度分布可以表示為： r n /(x, y) =\rA{x, y)]1 + B2 (x； y)；
[0037] (1) + 2r.4(x, y)B{x, >-)€〇8[2?-(，4，^ + fax) + ip{x, v) + A(.x, v)]
[0038] 其中r為分光鏡反射率;f〇x和f〇y分別是分光鏡2在x方向和y方向引入的空間線性 載頻;A(x，y)為點衍射后的參考光引入的參考波前相位，一般可以認(rèn)為參考光是理想平面 波，所以可直接將其從式（1)中省略;B(x，y)為經(jīng)過點衍射裝置后參考光振幅。將式（1)改寫 為一般形式，即
[0039] l(x,y) = a{x,y}+ h(x9y)c〇s\2jt(f^x + + ^(x, j)] (2)
[0040] 其中3(1，7) = [^(1，7)]2+82(1，7)和13(1，7) = 2^(1，7)8(1，7)分別表示背景光強 和調(diào)制度。綜上所述可知CCD探測器6采集到的空間線性載頻干涉條紋圖包含有未發(fā)生畸變 的全部待測波前相位信息，因此只需要一副空間線性載頻干涉條紋圖就可以通過快速傅里 葉變換法(FFT)或主成分分析法(PCA)等空間相位解調(diào)技術(shù)快速準(zhǔn)確地復(fù)原出待測光的波 前相位分布。
[0041 ] 實施例1
[0042]本實施例中，對發(fā)生畸變的波長為632.8nm的He-Ne激光器的波前相位進行檢測。 所述光學(xué)匹配系統(tǒng)1為放大4倍的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，分光鏡2為針對波長632.8nm的透反比為92:8 的單波長薄膜分光鏡，第一傅里葉透鏡5和第二傅里葉透鏡3是焦距分別為n = 10mm和f2 = 30mm的消像差正傅里葉透鏡，單模光纖4采用纖芯折射率m = l. 4515、包層折射率n2 = 1.4498、纖芯半徑為3wii的階躍單模光纖，(XD探測器6采用型號為MVC-II-1MM、像素陣面為 1024\1280的00)探測器，計算機系統(tǒng)7為普通?(：計算機。
[0043]按照如圖1結(jié)構(gòu)所示的光路放置好各個元器件，在對發(fā)生畸變的He-Ne激光器波前 相位進行檢測時，待測激光經(jīng)過光學(xué)匹配系統(tǒng)1實現(xiàn)對不同光斑大小的光束進行匹配，然后 通過分光鏡2后被分為兩束，一束反射光直接進入CCD探測器6，作為信號光;而另一束透射 光則經(jīng)過第一傅里葉透鏡5聚焦后，耦合進入單模光纖4,經(jīng)過單模光纖衍射的透射光形成 理想的球面波，單模光纖出口端位于第二傅里葉透鏡3的焦點處，這樣對球面波進行準(zhǔn)直放 大，形成理想的平面波，作為參考光。參考光再次透過分光鏡2和信號光，在它們相互疊加的 區(qū)域發(fā)生干涉，通過調(diào)整分光鏡傾斜角度在參考光與信號光之間引入空間線性載頻，最后 用CCD探測器6采集、記錄下攜帶有待測波前相位信息的干涉條紋圖并發(fā)送至計算機系統(tǒng)7， 如圖2(b)和圖2(c)分別為微調(diào)分光鏡傾斜角度前后由CCD探測器6采集到的空間線性載頻 干涉條紋圖。通過快速傅里葉變換法(FFT)快速準(zhǔn)確地復(fù)原出待測He-Ne激光器的波前相位 分布，得到實際測量的波前相位三維分布圖如圖3所示。
[0044] 實施例2
[0045] 本實施例中，按照如圖4結(jié)構(gòu)所示的光路放置好各個元器件，對放置在光路中的待 測樣品微小酒精滴揮發(fā)過程中待測激光波前變化情況進行實時檢測。所用光源采用波長為 632.8nm的He-Ne激光器，所述光學(xué)匹配系統(tǒng)1為放大9倍的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，將滴有微小酒精滴9 的載玻片8稍微傾斜放置在光學(xué)匹配系統(tǒng)1后面，分光鏡2為針對波長632.8nm的透反比為 92:8的單波長薄膜分光鏡，第一傅里葉透鏡5和第二傅里葉透鏡3是焦距分別為fl = 10_和 f2 = 30mm的消像差正傅里葉透鏡，單模光纖4采用纖芯折射率m = l .4515、包層折射率112 = 1.4498、纖芯半徑為3圓的階躍單模光纖，(XD探測器6采用型號為MVC-II-1MM、像素陣面為 1024\1280的00)探測器，計算機系統(tǒng)7為普通?(：計算機。
[0046] 實施例2與實施例1不同的是測量一個動態(tài)過程，CCD探測器6需要連續(xù)采集干涉條 紋圖，本實施例選取的時間間隔為0.1s。最后將CCD探測器6采集、記錄下攜帶有待測波前相 位信息的干涉條紋圖發(fā)送至計算機系統(tǒng)7,通過主成分分析法(PCA)快速準(zhǔn)確地復(fù)原出每個 時刻激光波前相位分布，結(jié)合酒精溶液折射率快速準(zhǔn)確地計算出該時刻微小酒精滴的厚度 分布，從而對微小酒精滴揮發(fā)過程厚度變化情況進行實時檢測。圖5為開始測量后Is時刻 CCD探測器6采集到的干涉條紋圖，圖6為通過主成分分析法(PCA)，從圖5所示干涉條紋圖中 提取出的由微小酒精滴引起的波前相位三維分布圖。
【主權(quán)項】
1. 一種基于空間相位調(diào)制的緊湊非等光程光纖點衍射干涉儀，包括光學(xué)匹配系統(tǒng)（1)、 分光鏡(2)、第一傅里葉透鏡(5)和第二傅里葉透鏡(3)、CCD探測器(6)和計算機系統(tǒng)(7);其 特征在于還包括兩頭分別放置在第一傅里葉透鏡(5)和第二傅里葉透鏡(3)各自焦點處的 單模光纖(4);按光路描述，來自光學(xué)匹配系統(tǒng)（1)的激光束被分光鏡(2)分為透射光和反射 光，透射光通過由第一傅里葉透鏡(5)、第二傅里葉透鏡(3)和單模光纖(4)組成的點衍射裝 置，產(chǎn)生近似理想的平面波作為參考光;反射光直接作為信號光;通過調(diào)節(jié)分光鏡(2)的傾 斜角度引入空間線性載頻，最后信號光與參考光在相互重疊區(qū)域發(fā)生相干，形成含有待測 光波前相位全部信息的空間線性載頻干涉條紋，被CCD探測器(6)采集并傳送至計算機系統(tǒng) (7)處理。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空間相位調(diào)制的緊湊非等光程光纖點衍射干涉儀，其特 征在于所述分光鏡(2)為單波長分光鏡。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于空間相位調(diào)制的緊湊非等光程光纖點衍射干涉儀，其 特征在于所述單模光纖(4)纖芯直徑大小為艾里斑直徑大小量級，以產(chǎn)生近似理想的球面 波。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于空間相位調(diào)制的緊湊非等光程光纖點衍射干涉儀，其 特征在于所述的第一傅里葉透鏡(5)和第二傅里葉透鏡(3)均為正傅里葉透鏡。5. -種基于空間相位調(diào)制的緊湊非等光程光纖點衍射干涉儀，包括光學(xué)匹配系統(tǒng)（1)、 分光鏡(2)、第一傅里葉透鏡(5)和第二傅里葉透鏡(3)、CCD探測器(6)和計算機系統(tǒng)(7);其 特征在于還包括置于光學(xué)匹配系統(tǒng)（1)后的載波片（8)和其上的待測樣品（9)，以及兩頭分 別放置在第一傅里葉透鏡(5)和第二傅里葉透鏡(3)各自焦點處的單模光纖(4);按光路描 述，來自光學(xué)匹配系統(tǒng)（1)的激光束通過載波片(8)上待測樣品（9)后，被分光鏡(2)分為透 射光和反射光，透射光通過由第一傅里葉透鏡(5)、第二傅里葉透鏡(3)和單模光纖(4)組成 的點衍射裝置，產(chǎn)生近似理想的平面波作為參考光;反射光直接作為信號光;通過調(diào)節(jié)分光 鏡(2)的傾斜角度引入空間線性載頻，最后信號光與參考光在相互重疊區(qū)域發(fā)生相干，形成 含有待測樣品（9)的波前相位全部信息的空間線性載頻干涉條紋，被CCD探測器(6)采集并 傳送至計算機系統(tǒng)(7)處理。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述基于空間相位調(diào)制的緊湊非等光程光纖點衍射干涉儀，其特征 在于所述待測樣品(9)為動態(tài)樣品或靜態(tài)樣品。7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的基于空間相位調(diào)制的緊湊非等光程光纖點衍射干涉儀，其 特征在于所述分光鏡(2)為單波長分光鏡。8. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的基于空間相位調(diào)制的緊湊非等光程光纖點衍射干涉儀，其 特征在于所述單模光纖(4)纖芯直徑大小為艾里斑直徑大小量級。9. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的基于空間相位調(diào)制的緊湊非等光程光纖點衍射干涉儀，其 特征在于所述的第一傅里葉透鏡(5)和第二傅里葉透鏡(3)均為正傅里葉透鏡。
【文檔編號】G01J9/02GK205593653SQ201620434685
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月12日
【發(fā)明人】馮國英, 蘭斌, 董哲良, 周壽桓
【申請人】四川大學(xué)