4D动态激光干涉仪的原理和应用

4D动态激光干涉仪的原理和应用
•相移干涉技术的原理：
两束光发生干涉，其干涉场为：
其中为参考光与样品光之间光程差，当假定参考平面为理想表面时，则通过求便可计算出样品表面起伏。

为求，引入人为可控量将上式改写为:
人为改变干涉图的相位可控量，将参考表面由相位处连续移动相位得到以下四组公式：
由以上四式可得：
则
从而得出被测表面相对于参考表面的表面高度。

然而，传统相移干涉仪使用PZT(压电陶瓷)在时间顺序上改变，这种时间域的相移干涉仪存在一个不可忽视的问题：完成计算所需的每一幅光强图在不同时间获得。

通常CCD帧频为30帧/s，而为计算一般需要5到13帧干涉图，则总测量时间约为200至400ms。

这就引入了一系列的误差。

如在相移测量过程中由环境引起的光路中的任何变化（振动，空气扰动等）都会引起测量误差。

为解决这一问题需要在同一时间获得完成计算所需的所有相位图，这正是4D 动态干涉仪所采用的技术方案（4D通过CCD的单次曝光而获得计算所需的所有相位图）。

•4D动态干涉仪原理
4D动态干涉仪采用偏振光干涉原理，将传统相移干涉仪的时间域相移转换为空间域相移，并采用其独创的相位相关的CCD技术，使得一个CCD帧频内就可实现全分辨的测量。

其原理图如下图所示：
光源发出的激光经过PBS后分成偏振态不同的两束光, 其中S偏振光射向样品表面, P偏振光射向参考镜. 样品光和参考光被各自表面反射重新相会后, 由于偏振方向不同并不能发生干涉. 这样合在一起的光经过光学系统成像, 透过一块掩模板（见下图）进入CCD.
掩模板（定向微偏振片阵列）的单元结构与CCD的像元一一对应相关. 上述合在一起的不同偏振态的光透过掩模板的每个单元后会发生干涉, 并且在不同像元位置发生干涉的相位是不同的. 这样, 任意一组相邻的4个像元都发生了具有固定相位差的干涉. 对每一组像元进行相移干涉计算, 就可以获得整个样品表面的形貌数据.由于像元的位相是周期变化的，则在计算时可以重复利用相邻像元，从而实现全分辨的测量。

•4D 动态干涉仪的优点及其应用：
1.适合于恶劣环境下的测量
•快速测量–测量速度只受曝光时间限制，而不受CCD帧频限制!•对振动不敏感
•减少了气流的影响－可以使用风扇均化光路气流
2.适合于挑战性的测试设置
•大尺寸光学元件与系统
•长光程测量－不需防振台，对光强要求降低
•真空与环境仓内的测试
3.适合于高难度测试
•运动和共振检测
•ESPI 电子散斑
•生产环境下检测
•超快过程的检测。