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新型大错位方棱镜设计及其在三维变形测量中的应用

孙平  王兴海  
【摘要】:工程中常常需要测量物体的三维变形分量。在已有的研究成果中,参考型与双光束型电子散斑干涉光路的组合来测量三维变形,无需计算,直接得到位移场,但光路设置复杂,需要参考型与双光束型二套干涉光路系统,需专门的参考光。相移电子散斑的方法测量三维位移分量采用的是大错位渥拉斯顿棱镜,采用渥拉斯顿棱镜实现的大剪切干涉,有如下不足:(1)变形场的扭曲,(2)面内位移的测量灵敏度低,(3)制作材料昂贵。本研究提供的大错位方棱镜,是对普通的方棱镜磨去一个楔角并镀膜,使之在同一个方向上大角度分光。普通方棱镜是由二块光学玻璃磨制的直角三角棱镜组成,其中一个直角三角棱镜的斜面上镀有半透半反膜,用光学胶将二个直角三角棱镜沿斜面粘合在一起形成。如图1所示,大错位方棱镜也是由二个普通光学玻璃磨制的三角棱镜组成,其中一个是直角三角棱镜,其斜面上也镀有半透半反膜;另外一个是直角三角棱镜,该方棱镜的一个反射面是磨去一个楔角α的斜面,α在1到10之间。二块三角棱镜沿斜面用光学胶粘合在一起形成大错位方棱镜,方棱镜的入射光所在的面和出射光所在的面镀有增透膜,两个反射面均镀有全反射膜。上述方案将方棱镜的一个反射面由原来的直面磨去一个楔角α后变为斜面,这样入射的光线经过非直角反射,出射的二束光线就分开了。方棱镜的大小尺寸可根据成像透镜的口径来定。如果方棱镜反射面磨去的角度是α,则棱镜的光束分开的角度(分束角)是2α。根据成像的距离和试件的大小尺寸,α的大小可选择在1到10之间。运用到电子散斑干涉上,可以实现三维相移电子散斑干涉,三维载频电子散斑干涉,成为三维散斑干涉的重要光学元件。

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