[发明专利]四光轴回位及气浴式角位移激光干涉仪校准方法与装置

摘要

四光轴回位及气浴式角位移激光干涉仪校准方法与装置属于激光测量技术，本发明将被校准激光干涉仪四条测量光束穿过四轴中空激光干涉镜组的中间通孔，四条被校准激光干涉仪测量光束平行置于四条平行标准测量光束中间位置；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，标准测量光束与被校准激光干涉仪测量光束空气折射率值非常接近；气浴装置形成的稳定气浴环境使空气温度、湿度和气压近似均匀分布，使标准测量光束与被校准激光干涉仪测量光束空气折射率值更接近；微动装置根据四个光束位置探测器测量出衍生位移的平均值，对目标反射镜进行实时回位补偿，使目标反射镜反射面上测量光束入射位置不发生变化。

主权项

一种四光轴回位及气浴式角位移激光干涉仪校准方法，其特征在于该方法步骤如下：(1)标准激光干涉仪激光器的输出光经四轴中空激光干涉镜组形成相互平行的四条标准测量光束，并都入射到有中间孔的平面镜上，在垂直于四条标准测量光束的平面内，第一条与第二条标准测量光束投影位置点之间的连接线段M长为A，第三条与第四条标准测量光束投影位置点之间的连接线段N长为B，两连接线段相交，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四轴中空激光干涉镜组后，根据从四轴中空激光干涉镜组中获得的干涉信号，得到连接线段M所在直线与连接线段N所在直线分别与有中间孔的平面镜入射面夹角的变化值arctan((a1‑a2)/A)、arctan((b1‑b2)/B)，其中，a1、a2、b1和b2分别为有中间孔的平面镜上第一条、第二条、第三条和第四条标准测量光束入射区域的线位移测量值，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四个光束位置探测器上；(2)被校准激光干涉仪激光器的输出光经被校准激光干涉仪干涉镜组形成相互平行的四条被校准激光干涉仪测量光束，被校准激光干涉仪四条测量光束都穿过四轴中空激光干涉镜组的中间通孔，与四条标准测量光束平行，并都入射到被校准激光干涉仪平面反射镜上，在垂直于四条标准测量光束的平面内，第一条与第二条被校准激光干涉仪测量光束投影位置点之间的连接线段m长为C，第三条与第四条被校准激光干涉仪测量光束投影位置点之间的连接线段n长为D，连接线段m与连接线段M共线，连接线段n与连接线段N共线，四条带有被校准激光干涉仪平面反射镜位移信息的被校准激光干涉仪测量光束反射回被校准激光干涉仪干涉镜组后，根据从被校准激光干涉仪干涉镜组中获得的干涉信号，得到连接线段m所在直线与连接线段n所在直线分别与被校准激光干涉仪平面反射镜入射面夹角的变化值arctan((c1‑c2)/C)、arctan((d1‑d2)/D)，其中，c1、c2、d1和d2分别为被校准激光干涉仪平面反射镜上第一条、第二条、第三条和第四条被校准激光干涉仪测量光束入射区域的线位移测量值；(3)气浴装置沿垂直于四条标准测量光束方向吹送匀速气流，形成稳定的气浴环境，在垂直于四条标准测量光束的平面，由四条标准测量光束在该平面投影点构成的四边形区域内，气浴环境使空气温度、湿度和气压均匀分布，使标准测量光束与被校准激光干涉仪测量光束空气折射率值更加接近；(4)运动台进行任意旋转方向的小角度偏摆并伴有在垂直于标准测量光束的平面内任意二维方向的衍生位移，配装在运动台上的目标反射镜在垂直于标准测量光束平面内任意二维方向有相对远动台的自由位移，四个光束位置探测器分别测量出标准测量光束相对目标反射镜在垂直于标准测量光束平面内任意二维方向衍生位移，微动装置根据四个光束位置探测器测量出衍生位移的平均值，对目标反射镜衍生位移进行实时回位补偿，保证目标反射镜反射面上测量光束的入射位置不发生变化；(5)在运动台进行任意旋转方向的小角度偏摆过程中，以匀速或非匀速采样速率，同步采样标准激光干涉仪夹角变化值arctan((a1‑a2)/A)、arctan((b1‑b2)/B)和被校准激光干涉仪夹角变化值arctan((c1‑c2)/C)、arctan((d1‑d2)/D)，将arctan((a1‑a2)/A)与arctan((c1‑c2)/C)作差，arctan((b1‑b2)/B)与arctan((d1‑d2)/D)作差，最终得到两组角位移校准测量误差值。