[发明专利]双频激光干涉测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种高精度大量程的双频激光干涉测量装置。

背景技术

目前，在单频激光干涉中，单模稳频氦-氖气体激光器光源，所使用 的是光源本身的偏振特性，在干涉仪中光束不可避免地要经过一系列的 反射、折射，在这个过程中偏振状态均要发生变化，如果两支干涉光束 的偏振状况不一样，干涉条纹的对比度就会降低，而且激光器发出的光 能量也得不到充分利用，还会残留有害的背景光。另外，这类干涉仪对 外界条件的变化敏感，由于大气的衍射、折射，光的波阵面要发生倾斜， 致使干涉条纹数少于波阵面平行时的最佳条纹数。由于光学元件的模向 移动，激光光强的变化，条纹信号的漂移都会造成计数误差，在用于高 倍细分、提高仪器分辨率又保证仪器精度的可靠性时，上述因素将成为 严重的障碍。为此，在单频激光干涉中常采用以差分信号为基础的除去 直流分量的补救方法。然而，在这里用于差分处理的信号是由光束的不 同部分产生的，在长距离测量中，每一个光束所经过的空间不同，环境 条件的影响也各异，条纹定位的精确性仍然受到限制。因此，应用稳频 纵向或横向塞曼氦-氖气体激光器作光源的双频干涉仪大受重视，主要原 因是外差干涉容易实现高倍电子细分，提高分辨力，抗干扰能力较强。 但测量精度要求纳米级时，应用纵向或横向塞曼氦-氖激光器又无法避免 双频干涉仪的混频问题，外差干涉仪的非线性就显得过大，主要原因是 纵向、横向塞曼氦-氖气体激光器辐射的激光偏振态不理想或不稳定，再 加上光路光学元件性能不理想、调整不善，使偏振干涉光路中两种频率 的光不能彻底分开，形成了较大的周期误差，这些误差往往达到几纳米， 甚至超过10nm，且不能通过调整光路消除。

发明内容

本发明的目的是提供一种光路调整精度高的双频干涉测量装置。本 发明的技术解决方案是，装置包括三个部分，包括光源分光光路部分、 测量光路部分及相位差90°接收信号部分，光源分光光路中依次安放第 一分光棱镜，直角反射镜、声光调制器、准直器，入射光源被分成两束 有频差的激光，进入测量光路部分；测量光路部分中分别依次放入偏振分 光棱镜和消偏振分光棱镜、直角反射镜、1/4波片，经测量反射镜和参考 反射镜两次反射实现光学倍程后，被光电接收器接收；相位差90°接收 信号部分依次置入1/2波片、第二分光棱镜、1/4波片、第三分光棱镜、 偏振片和光电接收器。

光源分光光路部分中的第一分光棱镜为消偏振分光棱镜。

被第一分光棱镜分开的两束光分别进入有频差的声光调制器中，选 择两声光调制器的一级衍射光，产生有固定频差的两束线偏振光。 声光调制器、准直器后依次为偏振分光棱镜和消偏振分光棱镜、1/4波片， 使光源分开的两束光分两次入射到测量反射镜和参考反射镜得到参考光 的拍频信号。

声光调制器调制出光频不同的两束激光，经准直器后的偏振分光棱 镜，使每束频率的光分别分成振动状态相互垂直的两束线偏振光，其中 频率不同、偏振方向相同的激光互相拍频得到双频干涉仪的参考信号。

测量光路部分的1/4波片的快轴呈45°角放置，入射的线偏振光经 过该1/4波片后成为圆偏振光，被参考反射镜和测量反射镜反射后，再次 经过测量光路部分的1/4波片后，转换成与入射线偏振光振动方向相互垂 直的线偏振光，经过偏振分光棱镜后通过参考反射镜和测量反射镜，实 现光学四倍程。

相位差90°接收信号部分从偏振分光棱镜中得到两束偏振方向相同 的两束线偏振光，其中的一束线偏振光通过1/2波片转换成与原偏振态相 互垂直的线偏振光，经过1/4波片转换成旋向相反的两束圆偏振光，再经 过消偏振分光棱镜分成两束混合与偏振态旋向相反的圆偏振光，两束光 分别经过偏振片被光电接收器接收。

1/2波片快轴呈45°角放置，使入射的线偏振光经过1/2波片后成为 与原偏振态相互垂直的线偏振光。

90°接收信号部分的1/4波片的快轴呈45°角放置，使入射的线偏 振光经过该1/4波片后成为圆偏振光。

两个偏振片的通光轴呈45°角放置，实现参考信号相位差为90°。