一种可扩展的瞬态波前测量系统及扩展方法

本发明涉及一种波前测量系统，具体涉及一种可扩展的瞬态波前测量系统及扩展方法。

背景技术：

1、在进行瞬态波前测量时，对于球面瞬态波前的测量通常使用球面动态干涉仪，对于平面瞬态波前的测量通常使用平面动态干涉仪；因此，在进行瞬态波前测量时，需要同时具备球面动态干涉仪和平面动态干涉仪，然而，无论是球面动态干涉还是平面动态干涉仪，其价格都是相当昂贵的，特别是平面动态干涉仪价格更高，需要花费较大的经济代价。

2、综上所述，现有技术中无法使用一种设备实现球面瞬态波前和平面瞬态波前测量的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中存在的无法使用一种设备实现球面瞬态波前和平面瞬态波前测量的问题，而提供了一种可扩展的瞬态波前测量系统及扩展方法。

2、本发明所采用的技术方案是，一种可扩展的瞬态波前测量系统，其特殊之处在于：包括球面瞬态波前测量模块和扩束物镜模块；

3、所述球面瞬态波前测量模块包括：

4、光源、沿光源的出射光路依次设置的光束整形器、扩束器和第一分光镜、设置在第一分光镜透射光路上的标准物镜，以及第二分光镜、设置在第二分光镜反射光路上的两个成像物镜和测量探测器、设置在第二分光镜透射光路上的第一折光反射镜、会聚镜和准直相机；

5、所述扩束物镜模块设置在标准物镜的出射光路上；所述扩束物镜模块包括沿光路依次设置的第二光栏和扩束物镜；经扩束物镜的出射光用于照射到待测平面；

6、待测平面返回的光经扩束物镜、第二光栏后返回标准物镜，经标准物镜透射后入射至第一分光镜，再经第一分光镜反射后进入第二分光镜，经第二分光镜反射的光通过两个成像物镜之后，成像在测量探测器上；

7、两个所述成像物镜之间的焦点位置设置有第一光栏。

8、进一步地，所述扩束物镜为透射式扩束物镜。

9、进一步地，所述扩束物镜包括第二折光反射镜、以及设置在第二折光反射镜反射光路上的反射式扩束物镜。

10、进一步地，所述扩束物镜模块还包括设置在第二光栏和扩束物镜之间的基准球面镜，所述基准球面镜切进光路用于球面瞬态波前测量模块和扩束物镜模块的对接，切出光路用于平面瞬态波的测量。

11、进一步地，所述第一折光反射镜和第二折光反射镜均为楔形镜；

12、楔形镜的楔角α2满足如下公式：

13、

14、式中：θ1为光束入射角；φ2为第二光栏的通光口径；d为楔形镜沿光路到第二光栏的距离；n为折光反射镜的材料折射率。

15、进一步地，所述第一分光镜和第二分光镜均为楔形分光镜。

16、进一步地，楔形分光镜的楔角α1满足如下公式：

17、

18、式中：n为楔形分光镜的折射率；φ1为第一光栏的通光口径；f为靠近第二分光镜的成像物镜的焦距。

19、进一步地，还包括沿光源的出射光路方向设置在第一分光镜的反射光路上的吸收体。

20、进一步地，所述球面瞬态波前测量模块和扩束物镜模块均设置在光学平台上；

21、所述测量探测器通过第一电动平移台设置在球面瞬态波前测量模块的结构底板上；

22、所述基准球面镜通过第二电动平移台设置在扩束物镜模块的结构底板上，用于切入或切出光路。

23、同时，本发明还提供了一种可扩展的瞬态波前测量系统的扩展方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

24、s1、将基准球面镜切入光路，使基准球面镜、第二光栏和标准物镜的会聚像点重合；

25、s2、调节球面瞬态波前测量模块使基准球面镜的自准反射光返回球面瞬态波前测量模块；

26、s3、判断自准反射光的返回点是否与准直相机的基准点重合、基准球面镜的波前测量值是否与其自身的基准波前值相等，若是，则确定球面瞬态波前测量模块与扩束物镜模块对接完成，若否，则返回s2，直至确定球面瞬态波前测量模块与扩束物镜模块对接完成；

27、s4、将基准球面镜切出光路；

28、s5、完成瞬态波前测量系统的扩展，可以进行平面瞬态波前的测量。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

30、1、本发明能够通过独立的球面瞬态波前测量模块独立进行球面瞬态波前测量，或者将扩束物镜模块与球面瞬态波测量模块结合组成平面瞬态波前测量模块对平面瞬态波前进行测量，能够利用一台设备进行球面瞬态波前测量和平面瞬态波前的测量，而无需分别购置对应设备进行测量，提高了设备及使用的经济性。

31、2、本发明通过设计楔形分光镜的楔角，避免了平面元件后表面反射杂散光进入到测量探测器影响测量，提高了不镀膜元件的面形检测信噪比。

32、3、本发明能够将被测波面成像到测量探测器位置，保证了被测波面的清晰度与信息的完整性。

33、4、本发明测量原理不同于干涉测量原理，因此本发明在非相干光源下即可工作，降低了对光源单色性的要求；同时光源出口位置设置有光束整形器，可以对光源的出射光进行整形，降低了对光源均匀性的要求。

技术特征：

1.一种可扩展的瞬态波前测量系统，其特征在于：包括球面瞬态波前测量模块(1)和扩束物镜模块(2)；

2.根据权利要求1所述的一种可扩展的瞬态波前测量系统，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的一种可扩展的瞬态波前测量系统，其特征在于：所述扩束物镜包括第二折光反射镜(22)、以及设置在第二折光反射镜(22)反射光路上的反射式扩束物镜(23)。

4.根据权利要求3所述的一种可扩展的瞬态波前测量系统，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的一种可扩展的瞬态波前测量系统，其特征在于：

6.根据权利要求1-5任一所述的一种可扩展的瞬态波前测量系统，其特征在于：所述第一分光镜(14)和第二分光镜(15)均为楔形分光镜。

7.根据权利要求6所述的一种可扩展的瞬态波前测量系统，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的一种可扩展的瞬态波前测量系统，其特征在于：还包括沿光源(11)的出射光路方向设置在第一分光镜(14)的反射光路上的吸收体(114)。

9.根据权利要求8所述的一种可扩展的瞬态波前测量系统，其特征在于：

10.一种可扩展的瞬态波前测量系统的扩展方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种可扩展的瞬态波前测量系统及扩展方法，主要解决现有技术中存在的无法使用一种设备实现球面瞬态波前和平面瞬态波前测量的问题。包括球面瞬态波前测量模块和扩束物镜模块；球面瞬态波前测量模块包括：光源、沿光源的出射光路依次设置的光束整形器、扩束器和第一分光镜、设置在第一分光镜透射光路上的标准物镜，以及第二分光镜、设置在第二分光镜反射光路上的两个成像物镜和测量探测器、设置在第二分光镜透射光路上的第一折光反射镜、会聚镜和准直相机；扩束物镜模块设置在标准物镜的出射光路上；扩束物镜模块第二光栏和扩束物镜；两个成像物镜之间的焦点位置设置有第一光栏。

技术研发人员：李红光,段亚轩,达争尚
受保护的技术使用者：中国科学院西安光学精密机械研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15