本发明属于光干涉测量领域，具体为一种基于液晶延迟器的移相干涉测量装置及测试方法。
背景技术：
1、光学元件在天文观测、军事检测、航空航天等多种领域具有广泛的应用。现代精密光学系统对于面形精度要求提出了很高的要求，如何高效、精密检测光学元件也成为研究热点。干涉仪是以干涉检测手段为核心的测量仪器，具有非接触、高精度测量等优势，应用干涉仪对光学元件进行检测可以有效保障实际的系统精度。现阶段干涉仪多采用移相干涉术对相位进行测量，通过对两束干涉光波中的一束的相位作步进式或连续式变化，分析干涉条纹图并解算获得被测物体的相位信息。其中，时间移相法在时间序列上连续采集图像，使其在各帧图像之间形成固定的相位差以解算相位。
2、在干涉装置设计上，斐索干涉装置因其高精度、高稳定、共光路等特性，消去了机械移动光学元件带来的测量误差，避免了由于光束分开传播引入的环境振动等影响而得到了广泛的应用。本申请提出了一种基于液晶延迟器的移相干涉测量装置及测试方法，应用斐索干涉测量方法获得光程差为零的两支光，结合短相干光源抑制装置中的寄生条纹、液晶可变延迟器调制正交线偏振光的相位延迟，在无需机械移动光学元件的情况下获得了较好的面形干涉测量结果。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供了一种基于液晶延迟器的移相干涉测量装置及测试方法，通过液晶可变延迟器的驱动控制实现光源模块相位调制，进而产生移相，保证了实际测量和相位求解过程中结果的准确性。短相干激光器输出的准直光进入短相干光源模块，输出的正交线偏振光经液晶可变延迟器后实现相位调制，调制光由光纤耦合器进入斐索干涉测量模块以获得干涉图。
2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于液晶延迟器的移相干涉测量装置，包括短相干光源模块和斐索干涉测量模块，其中短相干光源模块包括短相干激光器、第一光纤准直器、起偏器、半波片、偏振分光棱镜、第一四分之一波片、第一角锥棱镜、第二四分之一波片、反射镜、第二角锥棱镜、精密电动位移台、液晶可变延迟器、光纤耦合器、保偏光纤；斐索干涉测量模块包括第二光纤准直器、分光棱镜、反射镜、准直透镜、标准参考平晶、反射平晶、孔径光阑、成像透镜、检偏器和ccd相机。
3、沿短相干光源模块光轴方向依次设置短相干激光器、第一光纤准直器、起偏器、半波片、偏振分光棱镜、第一四分之一波片、第一角锥棱镜；沿偏振分光棱镜反射方向依次设置第二四分之一波片、反射镜、第二角锥棱镜，第二角锥棱镜设置在精密电动位移台上；短相干光源模块中短相干激光器的出射光通过第一光纤准直器转化为空间准直光，依次经过经起偏器和半波片形成线偏振光并进入偏振分光棱镜，经偏振分光棱镜分光后形成沿光轴方向的第一透射光和垂直光轴方向的第一反射光；其中，第一透射光经第一四分之一波片进入第一角锥棱镜后折返，再次经过第一四分之一波片后从偏振分光棱镜出射形成第二反射光；第一反射光经第二四分之一波片、反射镜进入第二角锥棱镜后折返，再次经过第二四分之一波片后从偏振分光棱镜出射形成第二透射光，第二反射光和第二透射光均为线偏振光，上述出射的两支线偏振光汇合后从偏振分光棱镜出射，进入液晶可变延迟器进行调制，得到调制后的两支正交线偏振光，两支正交线偏振光进入光纤耦合器耦合进入保偏光纤并连接斐索干涉测量模块。
4、保偏光纤的出射光经斐索干涉测量模块的第二光纤准直器准直后由分光棱镜分光，分解的第三透射光经反射镜反射后扩束至准直透镜，准直透镜出射的准直光经标准参考平晶后至反射平晶，携带反射平晶前表面的面形信息以及标准参考平晶后表面的面形信息的光束经标准参考平晶、准直透镜、反射镜、分光棱镜、孔径光阑、成像透镜、检偏器后，到达ccd相机的靶面上并成像。
5、一种基于液晶延迟器的移相干涉测量装置的测试方法，步骤如下：
6、步骤1：打开短相干激光器，使其与第一光纤准直器相连形成空间准直光束输出。
7、步骤2：调节起偏器透光轴方向使输出最大光强的线偏振光，调节半波片的快轴方向使从偏振分光棱镜分离产生的第一透射光和第一反射光光强一致；调节第一四分之一波片和第二四分之一波片的快轴方向使输出的第二反射光和第二透射光的偏振方向正交。
8、步骤3：调节光纤耦合器的位置使步骤2中的正交线偏振光能够完全通过，细调光纤耦合器的俯仰倾斜使通过其的出射光强最大，并将出射光耦合进入保偏光纤。
9、步骤4：将保偏光纤另一端与斐索干涉测量模块的第二光纤准直器相连，使从第二光纤准直器中以准直光出射；设干涉腔长为l，调节ccd相机靶面位置，使其能够成清晰像；在ccd相机前设置检偏器，旋转检偏器透光轴至45°方向使两支光发生干涉，观察干涉条纹图。
10、步骤5：根据步骤4中设置的干涉腔长l，通过精密电动位移台调节第二角锥棱镜的位置，使测试臂与参考臂之间的距离差l2-l1与干涉腔长l满足光程匹配条件；调节精密电动位移台的步进距离，每次步进τ，观察干涉图对比度变化，多次调节直到找到对比度最好的干涉图。
11、步骤6：调节液晶可变延迟器的驱动电压，实现每次λ/4延迟量的改变，同步采集多幅干涉图像。
12、步骤7：采用移相算法对干涉图像进行解算，得到实际的面形测量结果。
13、其中，斐索干涉测量模块的透射波前的面形测量结果峰谷值(pv)优于1/4λ。
14、本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
15、(1)本发明所述移相干涉面形测量装置透射波前pv值小于1/4λ，面形测量结果准确。
16、(2)本发明所述移相干涉面形测量装置应用短相干光源，能够有效抑制装置中产生的寄生条纹。
17、(3)本发明所述移相干涉面形测量装置无需对斐索干涉测量模块进行移动，仅通过调节响应速度快的液晶可变延迟器即可实现移相，且仅需普通ccd相机采集干涉图，降低了整体测量难度及装置成本。
1.一种基于液晶延迟器的移相干涉测量装置，其特征在于：包括短相干光源模块和斐索干涉测量模块，其中短相干光源模块包括短相干激光器(1)、第一光纤准直器(2)、起偏器(3)、半波片(4)、偏振分光棱镜(5)、第一四分之一波片(6)、第一角锥棱镜(7)、第二四分之一波片(8)、反射镜(9)、第二角锥棱镜(10)、精密电动位移台(11)、液晶可变延迟器(12)、光纤耦合器(13)、保偏光纤(14)；斐索干涉测量模块包括第二光纤准直器(15)、分光棱镜(16)、反射镜(21)、准直透镜(22)、标准参考平晶(23)、反射平晶(24)、孔径光阑(17)、成像透镜(18)、检偏器(19)和ccd相机(20)；
2.根据权利要求1所述的基于液晶延迟器的移相干涉测量装置，其特征在于：短相干激光器(1)的相干长度为1mm，其经第一光纤准直器(2)输出空间准直光，其中出射空间准直光光斑直径为2mm。
3.根据权利要求2所述的基于液晶延迟器的移相干涉测量装置，其特征在于：液晶可变延迟器(12)通过控制外部驱动电压改变液晶分子的双折射率以调制线偏振光的相位延迟，产生的延迟量可覆盖0～3λ/4；通过液晶可变延迟器(12)的两支正交线偏振光产生的相位延迟量δlcvr满足：δlcvr＝2πdδn/λ；
4.根据权利要求3所述的基于液晶延迟器的移相干涉测量装置，其特征在于：设短相干光源模块中，沿光轴方向，第一四分之一波片(6)和第一角锥棱镜(7)之间的距离即参考臂为l1；沿垂直光轴方向，第二四分之一波片(8)经反射镜(9)和第二角锥棱镜(10)之间的距离即测试臂为l2；设标准参考平晶(23)和反射平晶(24)之间的距离即干涉腔长为l，则干涉腔长与两臂之间的距离关系满足：l＝l2-l1，实现光程匹配。
5.一种基于液晶延迟器的移相干涉测量装置的测试方法，其特征在于，基于权利要求1～4中任意一项所述的基于液晶延迟器的移相干涉测量装置，步骤如下：
6.根据权利要求5所述的基于液晶延迟器的移相干涉测量装置的测试方法，其特征在于：从短相干光源模块出射的第二反射光和第二透射光经斐索干涉测量模块到达ccd相机(20)时，携带了标准参考平晶(23)的面形信息和反射平晶(24)的面形信息经过检偏器(19)后，光场矢量eout满足：
