光纤端面3D干涉仪的单色光移相干涉测量法

光纤端面3D干涉仪的单色光移相干涉测量法

光纤端面3D干涉仪的单色光移相干涉测量法（PSI）是一种高精度的光学测量技术，广泛应用于光纤端面的三维形貌测量。本文将详细介绍基于迈克尔逊干涉仪的相移干涉术，包括其光学设置、算法原理和具体实现方法。

基于迈克尔逊干涉仪的相移干涉术

对于干涉测量系统，使用平面度为λ/20的光学平面作为参考镜。通过参考镜的压电驱动线性平移台实现了相移的高精度。在移相过程中，两个干涉光束之间的参考相位差每偏移π/2。CCD相机记录了不同相位差0、π/2、π、3π/2和2π下的五帧干涉图。这些帧的每个图像像素都被解释为通过五步相移算法访问干涉强度信息进行相位计算，这反过来又与表面高度有关。专用干涉测量是通过两个平坦度为λ/10和λ/4的光学平面的表面进行测试的，这两个光学平面用作测试表面。

PSI算法

已经开发了许多不同的数据评估策略或算法。所有这些算法都要求在参考相位变化时记录一系列干涉图。然后，在每个测量点计算模2π的波阵面相位，作为在同一测量点测量的干涉图强度的函数的反正切。然后通过“展开”相位以去除2π相位不连续性来获得最终的波前图。Hariharan等人介绍了对参考相移校准误差不敏感的PSI算法。他们使用干涉图强度的五个测量值。在每个顺序记录的干涉图之间的参考光束中引入90度的光学相移。由于这些现在是离散测量，时间依赖性已更改为相位阶跃指数i。函数δ（t）现在具有五个离散值：δi=0、π/2、π、3π/2和2π，其中i=1、2、3、4和5。将这五个值中的每一个代入方程，

得到描述五个测量的干涉图强度模式的五个方程：

从这些方程中，可以得到相位差：

进而得到高度：

PSI光学设置

如图所示，用于记录干涉图的系统由传统的迈克尔逊干涉仪组成。两个臂中的一个，即用作参考镜的平面度为λ/20的光学平面，安装在压电换能器（PZT）上，以引入相对相位差。另一只手臂配备了测试表面。该系统的光源是He-Ne激光器（l=632.8nm）。激光束被扩展并准直，形成平行光束。通过改变施加到PZT的电压而改变的参考相位为0、π/2、π、3π/2和2π。