[发明专利]可消除非线性的外差激光干涉仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种干涉仪，特别是关于一种可消除非线性的外差激光干涉仪。

背景技术

外差激光干涉仪在精密机械制造以及各种超精密测量中被广泛应用。随着MEMS技术的发展，对长度测量的不确定度能满足亚纳米级范围的要求越来越高，对于纳米范围的测量，激光干涉仪具有特别的优势。从理论上讲，如果使用高分辨率的相位卡进行相位测量，它的精确度可高于0.1°，那么对应的位移测量就可以很容易地得到0.1nm的分辨率。然而, 由于其光学系统中不可避免地存在一定缺陷，导致被测信号中出现一个附加的相位误差，使测到的相位移和被测长度不成线性关系。这种误差随着被测长度的变化以光波波长为周期变化，被称作外差干涉仪的非线性误差。它存在于所有的激光干涉仪中，只是程度不同而已。因此, 它将限制外差激光干涉仪的有效分辨率。目前，提出了采用双相位测量和增加光程倍数N的光波细分等方法来补偿非线性。这些方法可以在一定程度上减小外差干涉仪的非线性，但不能消除非线性。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种由工业计算机控制使产生测量信号光路中的偏振片（检偏器）旋转便能消除非线性的可消除非线性的外差激光干涉仪。

为了实现上述目的，本发明一种可消除非线性的外差激光干涉仪，它包括光路部分和控制部分。光路部分包括双频激光器、非偏振分光镜、偏振分光镜、三个1/4波片、两个角反射镜、两个偏振片、两个光电探测器；控制部分包括相位卡、工控机、驱动器、直流伺服电机和编码器，其中，伺服电机的转轴是空心轴，补偿偏振片安装其上。

激光器发出的光经非偏振分光镜分光，反射光通过偏振片到达光电探测器形成参考信号I_R；经非偏振分光镜的透射光进入偏振分光镜被分成两个方向（干涉仪的两个光臂）的光，两束光分别沿着不同的路径穿过1/4波片经角反射镜反射后返回，再次经过偏振分光镜形成干涉光，干涉光经1/4波片和偏振片到达光电探测器形成测量信号I_M。参考信号I_R和测量信号I_M进入相位卡比相，可得出相位差。假设被偏振分光镜分成的两束光是相互正交的，分别为X方向和Y方向。在理想情况下，激光器的两线偏振光与X，Y方向一致，那么频率完全分离，随着干涉仪测量镜位置的变化使得两干涉臂光程差变化ΔL时，测量信号I_M的相位差为Δφ。测量信号和参考信号经相位卡比相可得到这个相位差，它与光程差成正比。然而,由于多种因素的影响, 在一个或两个干涉臂中经常出现混频现象，使干涉信号 I_M的相位差附加了非线性误差γ，它随着Δφ作周期性变化。由于γ的存在，使相位卡得到的相位差与光程差DL不再成线性关系。

本发明的控制系统就是为消除外差激光干涉仪非线性而设计的。工控机根据采集到的相位差信号依照相应的程序控制直流伺服电机使偏振片按一定方向旋转，直到相位差数值数显示为零，这时由编码器测出偏振片转过的角度β。理论和实验都已证明,相位差                                                ,由此可求出测量反射镜不包含非线性的实际位移。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

本发明在不改变干涉仪结构的前提下，较好地解决了非线性误差问题，具有方法简单，测量精度高的优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的光线分向量图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明：

实施例一：