激光束波面质量的实时检测与数据处理技术

　　引言

　　光学检测经历了由定性到定量的飞跃，现在已发展到了实时检测.随着激光在许多高科技领域的应用(如光盘、光刻、激光打印机等)，给光学检测提出了更新更高的要求，如要对微小光束的光斑大小、能量分布、半导体激光束的质量进行检测等。相关技术的迅速发展给光学检测提供了有力的手段。

　　本文利用cCD成象技术提出了一种径向剪切干涉实时检测系统，从理论和实验上进行了分析研究。首次完成了对坐导体激光束的波差测量，为光盘机光头重量的轻量化，提高光盘机的随机存取速度提供了一定的条件。

　　1系统原理

　　在测量波差的种种方法中，Twyman一Green等非共光路干涉仪，由于其自身的不足，不利于高精度的波差测量。而剪切干涉图由于其所包含的波面缺陷信息不是参考波面与被检波面的关系，故判读和处理都较复杂，更适合于小象差、小截面光束的检测。cCD技术和计算机技术的应用和发展，直观、迅速、准确地处理干涉图已成为现实。我们建立了如图l所示的实时检测系统。

　　被测光束经过剪切千涉仪(图2)形成干涉图，由CcD摄象机、图象采集卡对干涉图进行数据采集，然后由计算机进行处理，得出被测波面的波面函数及波面形状，从而对被测波面进行分析。

　　2干涉图处理

　　为了从一幅干涉图得出我们所需要的信息，如被测波面的波面函数，波面形状及误差等，需要对干涉图进行处理。利用_ccD摄象机及图象卡采集的数据，根据干涉原理进行波面拟合。因为Zernike圆多项式的性质以及它可以方便地与各种经典象差联系起来，故我们利用它进行波面拟合，其中一种直接利用最小二乘原理的波面拟合方法如下:任一被测波面都可以用zernike多项式的前n项的线性组合来表示，即

　　两个指标中，zp表示了各个测量点的性质，与干涉图上采样点的位置有关，反映了波面的局部性质;ZRMS是整个光瞳面上波面的统计特性，局部采样位置的不准确对它影响不大。选择R和m.时，可以先选一较大的m.值，由式(10)计算不同n.值下的A,由式(11)比较每一RPV值，选取与zpv.值最小相对应的R值，然后再计算此n.值下不同的，值所对应的ZRMS,，选取与zRM，值最小相对应的拼值。

　　在合适的n和m值下，由式(10)求得A，代入式(2).即可得被测波面的波面函数式m(p，o)，若被测波面为平面波，求得的波面函数即表示了被测波面的波差。利用zerllike多项式与经典象差的关系，即可分析被测波面的各种象差;将波面函数绘图，就可直观地看出被测波面的形状。