[发明专利]三光轴回位及气浴式线位移激光干涉仪校准方法与装置

说明书

技术领域

本发明属于激光测量技术领域，主要涉及一种激光干涉仪校准方法与装置。

背景技术

激光干涉测量线位移技术是精度很高的标准测量技术，广泛应用于精密和超精密机械加工、微电子装备、纳米技术工业装备和国防装备等领域，为了保证激光干涉仪测量线位移的准确性，需要科学有效的线位移激光干涉仪校准方法与装置。校准线位移激光干涉仪一般思路是采用精度等级更高的线位移激光干涉仪来校准，当两者的精度相近时，即称为比对。在实际校准工作中，线位移激光干涉仪大多具有相当的精度，因而对线位移激光干涉仪的校准是通过比对实现的。目前，线位移激光干涉仪的一般校准方法有并行式，面对面式和共光路式(廖澄清，朱小平，王蔚晨，杜华.激光干涉仪测长精度校准方法的研究.现代测量与实验室管理，2005，1：6-7)。

图1是并行式激光干涉仪校准装置结构示意图，标准测量镜和被校准测量镜安装在同一个可动平台上，当运动台移动时，两套激光干涉仪测量光束的光程同时增加与减小。由于两套激光干涉仪并行放置，两路光受环境影响相似，空气折射率对两路光影响较小，但由于两路光之间的垂直距离较大，因此两套激光干涉仪校准时阿贝误差较大。

图2是面对面式激光干涉仪校准装置结构示意图，标准测量镜和被校准测量镜面对面的安装在运动台上，其优点是两套激光干涉仪测量光束轴线可调整至几乎同一测量轴线上，两者的阿贝误差很小，缺点是由于一台干涉仪的近端是另一台的远端，两者光程不等，受环境的干扰不同，空气折射率对两套激光干涉仪的光路影响不一致。

2011年，中国计量科学研究院建立国内首个80米大长度激光干涉仪测量装置(冷玉国，陶磊，徐健.基于80m测量装置的双频激光干涉仪系统精度及影响因素分析.计量与测试技术，2011，38(9)：47-49)，采用的标准装置是将三个Agilent5530型的长距离双频激光干涉仪并行摆放，成为三路激光干涉仪，被校准的激光干涉仪摆放在它们中间，从而进行校准校准，此方案属于并行式校准方法的衍生方案，并且由于采用三路光同时测量，因此可以补偿测量时的阿贝误差，但由于是三台激光器并行摆放，因此三路标准测量光空间位置较远，被校准激光干涉仪的测量光距离每路标准测量光距离也较远，所有测量光路受环境的影响不同，空气折射率对所有测量光路影响不一致，造成校准测量结果不准确。

图3是共光路式激光干涉仪校准装置结构示意图，共光路式与并行式激光干涉仪校准装置不同的是两台激光器和接收器成90度折转方式，两套激光干涉仪共用干涉镜组和测量镜。由于两套激光干涉仪共用一个干涉镜组和测量镜，无法确定共用的干涉镜组和测量镜是属于标准激光干涉仪部件还是属于被校准标准激光干涉仪部件，因此，不是准确意义上两套激光干涉仪的校准进行校准。

1985年，Dr-Ing H.-H.Schussler充分利用空间分布(Dr-Ing H.-H.Schussler.Comparison and calibration of laser interferometer systems.Measurement，1985，3(4)：175-184)，将多对线位移激光干涉仪进行共光路校准。由于只是增加共光路激光干涉仪的数量，所以此方法也有上面提到的共光路式激光干涉仪校准装置的缺点。

发明内容

针对上述现有线位移激光干涉仪校准装置中较大的阿贝误差、严重的空气折射率不一致性和不是准确意义上两套激光干涉仪进行校准的问题，本发明提出和研发了三光轴回位及气浴式线位移激光干涉仪校准方法与装置，该发明使标准测量光束与被校准激光干涉仪测量光束垂直距离很小，从而可以减小阿贝误差、减小空气折射率不一致性的影响，并且是准确意义上两套激光干涉仪进行校准。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种三光轴回位及气浴式线位移激光干涉仪校准方法，该方法步骤如下：

(1)标准激光干涉仪激光器的输出光经三轴中空激光干涉镜组形成相互平行的三条标准测量光束，三条标准测量光束以正三棱柱侧棱分布形式入射到有中间孔的平面镜上，每条标准测量光束中带有平面镜位移信息的部分光被反射回三轴中空激光干涉镜组后，根据从三轴中空激光干涉镜组中获得的与三条标准测量光束分别对应的三个干涉信号，可以得到有中间孔的平面镜沿标准测量光束方向运动的三个位移值，每条标准测量光束的其余部分光经有中间孔的平面镜透射到三个光束位置探测器上；