在剪切干涉中，可给平行光一个较小的离焦量或使平行光以一个小的角度入射剪切镜，这样的话，来自被测系统实际波面的光束进入波面剪切干涉仪，从干涉仪中射出两束与实际波面形状相同但位置错开的光束，由于这两束光是由同一入射光束分开的，因此只要具有一定的空间相干性就可以产生干涉形并形成干涉条纹。从光程差的变化情况就可以直接知道实际波面的情况，也就知道了被测系统的波像差。

剪切干涉的主要优点优点有：受温度变化影响较小，对机械振动不敏感等，有利于生产和科学实验现场使用。同时，待测波面和参考波面之间偏离较多时，干涉条纹过密而使得测量分辨率降低的问题，在剪切干涉中也得到了解决。当然，剪切干涉也有一定的局限性，如形成相移较为困难，需进行二维剪切才能得到完整信息，不易进行定量分析，不易进行自动处理等。

1.3 论文主要研究内容和工作

    本论文主要研究瞬态波前检测技术，预采用四波横向剪切干涉技术恢复波前相位。本文的主要研究工作是：

（1）调研波前探测研究的发展现状，了解国内外剪切干涉研究成果。

（2）分析了四波剪切干涉的理论模型。

（3）基于剪切干涉原理，设计四波剪切干涉仪的实验光路。

（4）分析从单帧剪切干涉图中得到两个正交方向剪切波面的方法。

（5）搭置正交光栅剪切干涉仪装置，进行波前探测实验，分析实验结果。

（6）采集一些典型情况下的四波剪切干涉图，并选取其中一幅较好的干涉图，做剪切波面恢复处理。

2 四波横向剪切干涉技术

 2.1 四波横向剪切干涉的理论模型

激光波前检测的方法中有一种十分重要的方法叫做横向剪切干涉法，一般的横向剪切干涉法是两个波面进行剪切干涉，以平行平面玻璃板错位干涉仪为例，一准直的被测波面，射向平行平面玻璃板。一部分在前表面反射后形成原始波面，另一部分透过玻璃平板经后表面反射，再经前表面折射形成错位波面，两个波面在重叠区产生干涉，这就是一般的双波面横向剪切干涉法，但是这样需要测量两次，一次只能测得一个正交方向上的干涉图。而本节所要介绍的四波横向剪切法一次所测得的干涉图中就可以包含两个正交方向的剪切干涉图，这样波前就可以通过一张剪切干涉图进行重构。首先需要建立四波横向剪切干涉的理论模型。设入射光的振幅为：

                               （1）

 其中 表示的是波矢， 表示待测波前，入射光在经过光栅与小孔光阑之后，可以得到四个复制波面 (j=1,2,3,4),复制波面 表达式为：

 ，      （2）

其中 表示波矢量，用I0表示光栅的干涉场，则I0的表达式为：

     （3）

根据辐射传递方程，在离光栅面距离为L处的干涉场方程为：

               （4）

其中符号 为梯度符号，根据上面的（3）式和（4）式，可得到干涉场的方程应该为：

       （5）

其中 表示的是 的方向， 表示的是 对 方向的偏导数，系数 由两个剪切波面 和 之间的距离决定，如果 或 ，则 等于 ，另外为 为：

                                    （6）

如图2.1所示，该图是一幅通过模拟仿真得到的四波横向剪切干涉图，这幅图的最外层的直条纹部分就是是双波剪切干涉区域，四波剪切干涉区域就是中心方格状区域，而介于二波剪切区域与四波剪切区域之间的椭圆形斑点部分则是三波剪切干涉区域。