横向剪切干涉纯背景条纹模拟

［ 文章 编 号 ］１ ０ ０ ３ —４ ６ ８ ４ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ５ — ０ ０ ４ ２ — ０ ３
横 向剪 切 干涉 纯 背 景 条 纹 模 拟
代 金 梅 ， 朱进 容 ， 姚 育成 ， 成 纯 富
（ １湖 北 工 业 大 学太 阳能 高效 利 用 湖 北 省 协 同创 新 中心 ，湖 北 武 汉 ４ ３ ０ ０ ６ ８ ； ２武 汉 理 工 大 学材 料 科 学与 工 程 学院 ， 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ０ ）
第３ Ｏ卷 第 ５期
Ｖ０ １ ． ３Ｏ ＮＯ ． ５
湖 北 工 业 大 学 学
报
２ Ｏ １ ５年 １ Ｏ月
Ｏｃ ｔ ． ２ ０１ ５
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈｕ ｂ ｅ ｉ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
取。
［ 关 键 词 ］横 向剪 切 ； 干涉条纹 ； 光 学 像 差
［ 中 图分 类号 ］ＴＫ１ ２ ４ ， ＴＫ ３ １ １
［ 文献 标 识 码 ］ ： Ａ
横 向剪切 干涉 仪 以平行 平 晶为 分 光元 件 ， 共光 路 的设计 增 强 了 干 涉 仪 的 抗 震 性 ， 能够实时显示 。 由于其结 构简 单 、 对 光学 元件 要求低 ， 国 内外 学者 采
表 面面 形 ｌ ５ ］ 。然 而 剪 切 条 纹 并 不 直 接 反 映 待 测 波
面， 即使在 大剪 切量 的情 况下 ， 条纹 退化 为一 组类 似
于全 息干 涉 的条纹 ， 仍包 含背 景条 纹 ］ 。 由此 可见 ，
理论 上 ， 理 想 的横 向剪 切 干 涉 纯 背景 （ 无 待 测
Ｗ。 （ ｚ， ） 、 Ｗ。 （ ｚ一５ ，Ｙ） 以 及 干 涉 波 面 的 相 位 差 △ 。 （ ｚ， Ｙ ） 分 别为 ：
Ｗｏ （ ｚ， Ｙ） 一 口１ （ １ ｚ 。＋ 。 ）＋ ｎ ２（ ｚ。＋ ） （ ２ ）
１ 横 向剪 切 干 涉 原 理
平 行 光 穿 过 二 维 轴 对 称 测 试 段 入 射 到平 行 平 晶， 经 平行 平 晶前后 两表 面反 射 ， 在 水平 方 向上错 开
场） 条纹是 一 片均 匀 亮 场 。 由于 光学 元 件 表 面 存 在
纯背 景条 纹 的研 究 将 有 助 于 分 析 光 学 系 统 定 位 误 差， 实现 实验数 据 的快速 处理 。 本文 根据 横 向剪 切 的成像 理论 ， 利 用 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ软 件模 拟横 向剪 切干 涉 纯 背 景条 纹 ， 分 析 离 焦像 差 和 附 加相位 差对 条纹 特征 的影 响 。对 比纯 背景 条纹 的 模 拟和实 验条 纹 ， 验证 实 际光 学 系 统定 位 存 在 的 误
４ 口 ２ Ｓ［ （ ｚ— Ｏ ． ５ Ｓ ） ＋ Ｏ ． ２ ５ Ｓ ＋ ＋ Ｏ 。 ５ ａ １ ／ ａ ２ ］
［ 基金 项 目］太 阳能 高 效 利 用 湖 北 省 协 同创 新 中心 开 放 基 金 （ ＨＢ Ｓ Ｋ Ｆ Ｚ Ｄ ２ ０ １ ４ ０ １ ５ ） ， 湖 北 省 教 育 厅 科 学 技 术 研 究 计 划 青 年人 才项 目（ Ｑ２ ０ １ ５ １ ４ ０ ９ ） ［ 作 者 简 介 ］代 金 梅 （ １ ９ ８ ９ 一） ， 女， 贵州 贵 阳人 ， 湖北工业大学硕士研究生 ， 研 究 方 向 为 光 学 工 程 ［ 通 讯 作 者 ］朱 进 容 （ １ ９ ７ ８ 一） ， 女， 湖北 荆 州 人 ， 湖北工业大学讲师 ， 研 究 方 向 为 热 物 理 激 光 测 试
其中， Ｗ（ ｚ，Ｙ ） 和ｗ（ ｚ—Ｓ ， Ｙ） 分 别 为平 行 平 晶迎 光 面和背 光面 的待 测 波 面 ， 两 者 互 为对 偶 相 且 信 息
等价； Ａ ｌ为平行 平 晶引入 的两剪 切 波 面 的几何 光 程
差。
学 用这 种干 涉法 对温度 场 、 肥皂 泡厚度 、 天 然气 管道 泄 漏等 进行 无 损 检 测ｒ ｌ ］ 。用 Ｚ ｅ ｒ ｎ ｉ ｋ ｅ多 项 式 表 示 光
在 ｚ 方 向错 开 距 离 （ 剪切量） Ｓ， 则 叠 加后 干 涉 波 面 的相位差
△ Ｖ （ ｚ， Ｙ）一 Ｗ （ ｘ， Ｙ）一 Ｖ （ ｚ一 ５ ， Ｙ）＋ △ Ｖ ｏ （ ， ） （ １ ）
［ 摘
要 ］横 向 剪 切 干 涉 纯 背 景 条纹 因来 源 于 剪 切 前 后 波 面 在 重 叠 区 的 干 涉 ， 而 受 光 学 系 统 像 差 和 附加 相 位 的 调
制 。根 据 横 向 剪 切 的 成 像 理 论 ， 利 用 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ软 件 模 拟 纯 背 景 条 纹 ， 分析 离焦像 差、 球 差 等 光 学 系 统 像 差 和 附 加 相 位 差 的 影 响 。研 究 结 果 表 明 ： 条 纹 的密 集 度 和 形 状 受 像 差 的 影 响 很 大 ， 随 附 加 相 位 差 呈 周 期 性 分 布 。 纯 背 景 条 纹 的模 拟 与 实 验 结果 基本 一致 ， 对 比这 两 种 条 纹 ， 可 调试 实 际 光 学 系 统 以 获得 适 宜 的 像 差 系 数 ， 利 于 干 涉 图 的数 据 提
一
Ｖ （ —Ｓ ， ） ：口 １ Ｅ （ ｘ— Ｓ） ＋ Ｙ ］ ＋ 口 ２［ （ ｚ— Ｓ ） ＋Ｙ 。 ］ 。
△ Ｖ ０ （ ｚ， Ｙ）一
（ ３ ）
定 的距 离 ， 相 遇 后 形 成 剪切 干 涉 条 纹 。若 两 波 面
［ 收稿 日期 ］２ ０ １ ５ —０ ６ —０ ８
差， 以指 导光路 的调 试 。
缺陷、 平行 平 晶 两 表 面 不 严 格 平 行 等 ， 系 统 存 在 球
差、 像差 等光 学系统 像差 ， 实 际观测 到 的纯背景 干 涉 图将 呈现 弯 曲互相 的平行 楔形 条纹 。根 据光学 系统 的 成像理 论 ， 初 级像 差 （ 即 三级 像 差 ） 能 很 好 地 描 述 光 学系 统 的像 差 。相 应 地 ， 剪 切 前 后 的纯 背 景 波 面