一種球面反射鏡半徑的測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于球面鏡測量技術(shù)，特別是涉及一種球面反射鏡的半徑測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半徑是球面反射鏡的一個重要技術(shù)參數(shù)，直接影響到使用它的光學系統(tǒng)的重要性能，在反射鏡的制造過程、系統(tǒng)的裝配調(diào)試過程一般都需要對其精密測量。
[0003]通常利用干涉儀或者其它手段得到球面的矢高弦長比從而計算出半徑。但激光陀螺用球面反射鏡的球冠面積小、反射率高，前述的測量方法誤差較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)對激光陀螺用球面反射鏡半徑測量誤差較大問題，本發(fā)明提供了一種操作簡單、易于實現(xiàn)、并且測量精度較高的球面反射鏡半徑的測量方法。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0006]一種球面反射鏡半徑的測量方法，其利用掃頻激光器輸出的頻率線性變化的激光激勵起設(shè)置有待測球面鏡的環(huán)形諧振腔框架的頻率譜，將該頻率譜的間隔與該環(huán)形諧振腔框架理論上的頻率間隔比對，得到二者相等時，所利用的環(huán)形諧振腔框架模式譜的測量球面反射鏡的理論半徑即為實際待測量的球面反射鏡半徑。
[0007]所述球面反射鏡半徑的測量方法，其包括如下步驟:
[0008]步驟1:掃頻激光器輸出
[0009]引燃掃頻激光器，打開加載在掃頻激光器上的鋸齒波發(fā)生電路，使得掃頻激光器輸出頻率線性變化的激光；
[0010]步驟2:環(huán)形諧振腔框架安裝調(diào)試
[0011]將被測球面反射鏡安裝到環(huán)形諧振腔框架上；再通過調(diào)整光路匹配部件實現(xiàn)掃頻激光器輸出激光與環(huán)形諧振腔框架的共振；
[0012]步驟3:信號采集
[0013]環(huán)形諧振腔框架所出射的光信號經(jīng)探測器和放大器后轉(zhuǎn)換成電信號，并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后采集進處理計算機，得到環(huán)形諧振腔框架的模式頻率譜，其中縱模頻率間隔為F-M0TEMlOs與TEMOOs的頻率間隔為F10_00c ；
[0014]步驟4:理論模式頻率譜生成
[0015]通過軟件生成環(huán)形諧振腔諧振模式理論頻率譜，其頻率間隔由以下關(guān)系式確定:
[0016]TEMlOs 與 TEMOOs 的頻率間隔 F10_00
[0017]F10_00 = F_M*1/(2π)*arcos(l_L*cos( a )/R) (I)
[0018](I)式中α為環(huán)形諧振腔框架中反射鏡的光線入射角，R為環(huán)形諧振腔框架中球面反射鏡的半徑，F(xiàn)_M為環(huán)形諧振腔框架的縱模頻率間隔。
[0019]設(shè)定F10_00 = F10_00c (2)
[0020]步驟5:球面反射鏡半徑確定
[0021]由(I)、⑵得，
[0022]F_M = F10_00c* (2 π )/arcos (l_L*cos ( a )/R) (3)
[0023]逐漸改變(3)中R的取值，使F_M(R0) = F_MC,則RO為所測球面反射鏡的半徑。
[0024]所述掃頻激光器為He-Ne氣體激光器，其諧振腔反射鏡上設(shè)置有用于改變腔長，實現(xiàn)諧振頻率的連續(xù)變化的壓電陶瓷。
[0025]所述掃描激光器腔長和環(huán)形諧振腔框架腔長滿足關(guān)系:L_laSer彡0.5L_cavity。
[0026]鋸齒波頻率不大于1Hz。
[0027]鋸齒波發(fā)生電路中設(shè)置有壓電陶瓷非線性補償模塊。
[0028]所述的環(huán)形諧振腔框架包括腔體以及設(shè)置在腔體安裝端面上的三個平面反射鏡和一個被測半徑的球面反射鏡，所述相鄰安裝端面之間基本相互垂直。
[0029]所述環(huán)形諧振腔框架的腔體中加工有4條可以使光通過的細長孔，相鄰細長孔的軸線夾角接近90度，細長孔軸線與相交端面的夾角接近45度。
[0030]本發(fā)明的技術(shù)效果:有別于直接測量球面反射鏡的矢高弦長比，本發(fā)明的測量方法是利用掃頻激光器輸出的頻率線性變化的激光激勵起所利用的環(huán)形諧振腔框架的頻率譜，將測量的頻率譜間隔與理論上的縱模頻率間隔比對，得到所利用的環(huán)形諧振腔框架中被測量球面反射鏡的半徑，測量精度能夠較好的滿足實際測量要求。因此本發(fā)明操作簡單，易于實現(xiàn)，測量成本低，具有較大的實際應(yīng)用價值。
【附圖說明】
[0031]圖1是本發(fā)明環(huán)形諧振腔框架的激光模式頻譜示意圖；
[0032]圖2是本發(fā)明球面反射鏡半徑的測量方法所采用的測量系統(tǒng)的原理框圖；
[0033]圖3是本發(fā)明球面反射鏡半徑的測量方法所采用的環(huán)形諧振腔框架的示意圖；
[0034]圖4是本發(fā)明球面反射鏡半徑的測量方法所采用的原理示意圖；
[0035]其中，1-計算機、2-探測器和放大器、3-被測諧振腔、4-光路匹配部件、5-掃頻激光器、6-鋸齒波發(fā)生電路、7、8、11-平面反射鏡、9-球面反射鏡、10-環(huán)形諧振腔體框架。
【具體實施方式】
[0036]下面通過【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的說明:
[0037]請參閱圖1，其是一種包含被測球面反射鏡的環(huán)形諧振腔框架的模式頻率譜示意圖。其特征是包括縱模頻率間隔F_Me、TEMlOs與TEMOOs的頻率間隔F10_00e、TEMOls與TEMOOs的頻率間隔F01_00e，該模式頻譜中包含有待測球面鏡半徑的信息。
[0038]請參閱圖2，其是本發(fā)明球面反射鏡半徑的測量方法所采用的測量系統(tǒng)的原理框圖。其中，所述測量系統(tǒng)包括順次連接的計算機1，探測器和放大器2、環(huán)形諧振腔框架3、光路匹配部件4、掃頻激光器5、鋸齒波發(fā)生電路6。其中，所述的掃頻激光器為He-Ne氣體激光器，利用安裝在一個反射鏡上的壓電陶瓷可改變腔長，實現(xiàn)諧振頻率的連續(xù)變化。為能夠覆蓋圖1中所涉及的模式頻譜，保證系統(tǒng)功能，要求激光器腔長和環(huán)形諧振腔框架腔長滿足關(guān)系:L_laser彡0.5L_cavity。當然也可根據(jù)激光器的出光帶寬和壓電陶瓷的腔長變化能力，選擇其他的腔長關(guān)系。
[0039]所述的鋸齒波發(fā)生電路產(chǎn)生頻率固定、幅度可調(diào)的鋸齒波電壓，該電壓加載在激光器的壓電陶瓷上。為保證系統(tǒng)功能和測量精度，鋸齒波頻率選擇為幾個Hz，幅度要求能夠至少使激光器腔長改變2個波長；并且電路中設(shè)置有壓電陶瓷非線性補償模塊，以補償壓電陶瓷的滯環(huán)等誤差，使腔長能夠線性變化。
[0040]所述光路匹配部件為用于將掃頻激光器的輸出激光耦合進待測諧振腔的光學組件。所述探測器和放大器要求低噪聲，信噪比優(yōu)于1%。
[0041]請參閱圖3，所述的環(huán)形諧振腔框架由腔體和三個平面反射鏡和一個待測半徑的球面反射鏡組成。所述的環(huán)形諧振腔框架的腔體為八面體結(jié)構(gòu)。其中，四個面為安裝反射鏡的端面，需要進行拋光，相鄰端面基本垂直。腔體中加工有4條可以使光通過的細長孔，相鄰細長孔的軸線夾角基本垂直，細長孔軸線與相交端面的夾角為45度。這些特征保證腔體框架的內(nèi)部環(huán)繞光線能夠?qū)崿F(xiàn)自再現(xiàn)，從