[发明专利]一种移动补偿式角反射镜激光干涉仪的使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种精密测试技术及仪器领域，特别涉及一种移动补偿式角反射镜激光干涉仪及使用方法。

背景技术

激光器的出现，使古老的干涉技术得到迅速发展，激光具有亮度高、方向性好、单色性及相干性好等特点，激光干涉测量技术已经比较成熟。激光干涉测量系统应用非常广泛：精密长度、角度的测量如线纹尺、光栅、量块、精密丝杠的检测；精密仪器中的定位检测系统如精密机械的控制、校正；大规模集成电路专用设备和检测仪器中的定位检测系统；微小尺寸的测量等。在大多数激光干涉测长系统中，都采用了迈克尔逊干涉仪或类似的光路结构。

单频激光干涉仪从激光器发出的光束，经扩束准直后由分光镜分为两路，并分别从固定反射镜和可动反射镜反射回来会合在分光镜上而产生干涉条纹。当可动反射镜移动时，干涉条纹的光强变化由接受器中的光电转换元件和电子线路等转换为电脉冲信号，经整形、放大后输入可逆计数器计算出总脉冲数，再由电子计算机按计算式L＝N×λ/2，式中λ为激光波长(N为电脉冲总数)，算出可动反射镜的位移量L。

单频激光干涉仪的弱点之一是仅对激光干涉波的整数部分进行计数，而对于激光干涉过程中存在的不足一个波长的干涉情况难以测量，测量精度有限。

单频激光干涉仪由于测量结构的问题，其测量精度受限于激光的波长，其精度一般只能为其波长的整数倍，很难再进行提升。随着工业生产对精密测量的要求越来越高，对测量仪器的测量精度提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有激光干涉仪测量精度仅可测量获取激光干涉中整数倍波长，测量精度难以提升的弊端，提供一种移动补偿式角反射镜激光干涉仪，同时还提供了一种使用方法，该激光干涉仪在现有迈克尔逊激光干涉仪的基础上，采用压电陶瓷这种微位移结构，除了能够获得测量角反射镜整数倍于激光波长的移动距离部分外，还能测量得到小于激光波长的移动距离部分，因此该激光干涉仪大大提高传统激光干涉测量仪的测量精度。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种移动补偿式角反射镜激光干涉仪，包括激光源、分光镜、微动角反射镜、测量角反射镜，还包括可移动的微动平台，所述微动角反射镜与所述测量角反射镜包括有一个向内凹陷的直角反射面，所述微动角反射镜连接在微动平台上。

该激光源发出的激光到分光镜时分成两束激光，其中一束激光经分光镜反射后射入微动角反射镜，经微动角反射镜反射后入射到光电探测器；另一束激光经分光镜透射后入射到测量角反射镜，经测量角反射镜反射到光电探测器，光电探测器即能检测两束激光的干涉情况。

由于微动角反射镜连接在微动平台上，微动平台是指其能够发生非常小的位移，精度达到纳米精度。当微动平台保持不动，测量角反射镜发生一定位移时，光电探测器能够测得波长为λ的激光干涉波的数量，由于光电探测器此时测量到的是整数个激光干涉波，并不包含小于激光波长的距离部分Δd，该部分也并未而且也并不可能以激光干涉波的干涉数量来体现，因此该测量的激光干涉波数量对应的距离d大小反应的其实是测量角反射镜发生位移的真实距离中整数倍于激光波长的部分；当测量角反射镜保持不动，微动平台发生位移，相应的微动角反射镜也会发生位移，发生位移后的微动角反射镜能够改变该束激光的光程，由此光电探测器所接收到的两束激光光程差发生改变，会产生激光干涉，直到光电探测器探测到产生了一个激光干涉波时，即最强干涉状态或最弱干涉状态，微动平台停止位移，此时根据微动平台发生位移的距离即能计算得到测量角反射镜位移部分的小于激光波长的移动距离Δd。

因此，该激光干涉测量仪可以精确得到测量角反射镜移动距离的更为准确的长度，能够测得小于激光干涉波长的移动距离部分，从而提高了测量精度。

优选地，所述微动平台为压电陶瓷。

压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，其在电场作用下产生的形变量很小，最多不超过本身尺寸的千万分之一的微位移，具有往复形变恢复能力，稳定性好、精度高。

优选地，连接所述微动角反射镜的所述压电陶瓷表面产生的位移最大值等于所述激光源的激光波长，其位移精度可以达到纳米。

本发明还公开了一种移动补偿式角反射镜激光干涉仪的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、将所述微动角反射镜固定在所述微动平台上，调整好所述激光源、分光镜、微动角反射镜、测量角反射镜、光电探测器的位置；