MATLAB 横向剪切干涉系统用户界面设计及其波前重构研究
▒▒本文目录▒▒
- 一、横向剪切干涉系统效果预览
- 二、引言
- 三、横向剪切干涉理论基础
- 四、MATLAB 横向剪切干涉系统用户界面设计
- 五、参考文献
- 六、实验指导与matlab代码获取
一、横向剪切干涉系统效果预览
开发的系统如下所示：
二、引言
横向剪切干涉技术起源于1923年经典的Ronchi检验法，发展至今已有一百年，其大致可以归为两类：双光束横向剪切干涉技术和多光束横向剪切干涉技术。双光束横向剪切干涉技术主要利用平行平板作为分束器件产生横向错位的两束相干光，典型代表有单平行平板法（Murty， 1964 年）、双平行平板法（Hariharan，1975 年）、双平行板间夹液晶层法（Griffin，2001 年）、平移楔板法（Disawal 等，2004年）等。双光束横向剪切的干涉图样仅能获取沿错位方向的波前相位差分信息，若要实现波前相位信息的测量，势必要增加系统的复杂性，以获取至少两个错位方向的剪切干涉图。近年来，国内外学者聚焦于多光束横向剪切干涉的研究，该技术将待测光波同时复制成出射角不同的多束光波，进而在观测面的重叠区域形成多光束横向剪切干涉图，使得只需要一幅干涉图便能包含多个错位方向的波前相位差分信息，实现瞬态波前的实时检测[1]。
多光束横向剪切干涉技术起源于三波前横向剪切干涉的研究，Primot在棱镜式的三波前横向剪切干涉的基础上加以改进，使用正六边形相位光栅取代难以加工的棱镜作为分束器件，确保了参与干涉的3个波前波矢方向的准确性，奠定了以光栅为分束器件的多光束横向剪切干涉的技术基础。随后出现了以光栅为分束器件的四波前横向剪切干涉（QWLSI）、九波前横向剪切干涉等技术，其中QWLSI 获得了广泛的研究，先后发展出改进的哈特曼板横向剪切干涉、交叉光栅横向剪切干涉、随机编码光栅四波前横向剪切干涉等技术。近年来，QWLSI 已经被广泛地应用到光刻物镜的像差测量、红外透镜的像差测量、非球面元件的面形测量、大口径拼接望远镜的波前传感、相位显微成像、红外激光的光束质量测量等领域[1]。
三、横向剪切干涉理论基础
相对于传统的干涉仪，剪切干涉仪不需要参考表面，而是通过光学元件将一个波前分成两个有微小偏移相同的波前实现干涉。剪切干涉法根据工作原理可以分为径向剪切干涉法、旋转剪切干涉法、反转剪切干涉法和横向剪切干涉法四种，在波像差检测中最常使用的方法是横向剪切干涉法。横向剪切干涉法通过掩模、光栅和分光器件等光学元件，使被测波前相对于原始波前产生了一个横向的位移，在两个波前重叠的部分产生干涉，横向剪切干涉法可以实现对平面波前和球面波前的剪切，原理如图1所示。使用CCD 探测这两个位移前后波前的干涉图，通过算法实现原始波前重建。
剪切干涉仪的结构相对简单，不会受参考镜的精度的影响，抗震动性较强，因此检测精度较高。基于剪切干涉仪，发展出了多种高精度检测方法，如ASML 的ILIAS 剪切干涉检测技术。ILIAS 技术基于Ronchi 剪切干涉原理，测物镜波像差的过程如图2 所示，通过在十字标记级匹配一组源光栅和在掩模级匹配一个二维传感器光栅，分别得到X，Y 方向的干涉图，根据相应算法重建波前像差。
四、MATLAB 横向剪切干涉系统用户界面设计
设计的用户界面如下图所示，首先读取任意测试波前，如下图所示：
随后，设置进入横向剪切干涉系统模块，设置相关波长，与剪切量大小。设置好后，即可点击【显示条纹】按钮得到横向剪切干涉条纹。
改变剪切量后的剪切干涉条纹图案如下
完成横向剪切干涉系统搭建后，可采用四步相移的方法，采集得到四幅剪切干涉相移图。系统设置了四个相移按钮，点击后可分别得到相移后的条纹图案。
并采用四步相移解调算法，解调得到包裹相位信息：
同时，对包裹相位进行解包裹，得到斜率信息。
最后，采用积分重构算法，重构得到波前信息【注：更多波前重构算法研究请私信博主】
五、参考文献
[1]刘克,张孝天,钟慧,等.四波前横向剪切干涉仪的关键技术研究[J].光学学报,2023,43(15):255-265.
[2]王青蓝,全海洋,胡松,等.光刻物镜波像差绝对检测技术综述[J].光电工程,2023,50(05):41-65.
六、实验指导与matlab代码获取
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⭐️◎⭐️◎⭐️◎⭐️ · · · **博 主 简 介** · · · ⭐️◎⭐️◎⭐️◎⭐️ ♪▁▂▃▅▆▇ 博士研究生 ，研究方向主要涉及定量相位成像领域，具体包括干涉相位成像技术(如**全息干涉☑**、散斑干涉☑等)、非干涉法相位成像技术(如波前传感技术☑，相位恢复技术☑)、条纹投影轮廓术(相位测量偏折术)、此外，还对各种相位解包裹算法☑，相干噪声去除算法☑等开展过深入的研究。
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