一種改進型平面反射鏡激光干涉儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種精密測試技術(shù)及儀器領(lǐng)域，特別涉及一種改進型平面反射鏡 激光干涉儀。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光器的出現(xiàn)，使古老的干涉技術(shù)得到迅速發(fā)展，激光具有亮度高、方向性好、單 色性及相干性好等特點，激光干涉測量技術(shù)已經(jīng)比較成熟。激光干涉測量系統(tǒng)應用非常廣 泛：精密長度、角度的測量如線紋尺、光柵、量塊、精密絲杠的檢測；精密儀器中的定位檢測 系統(tǒng)如精密機械的控制、校正；大規(guī)模集成電路專用設備和檢測儀器中的定位檢測系統(tǒng)； 微小尺寸的測量等。在大多數(shù)激光干涉測長系統(tǒng)中，都采用了邁克爾遜干涉儀或類似的光 路結(jié)構(gòu)。
[0003] 單頻激光干涉儀從激光器發(fā)出的光束，經(jīng)擴束準直后由分光鏡分為兩路，并分別 從固定反射鏡和可動反射鏡反射回來會合在分光鏡上而產(chǎn)生干涉條紋。當可動反射鏡移動 時，干涉條紋的光強變化由接受器中的光電轉(zhuǎn)換元件和電子線路等轉(zhuǎn)換為電脈沖信號，經(jīng) 整形、放大后輸入可逆計數(shù)器計算出總脈沖數(shù)，再由電子計算機按計算式L=NXX/2,式 中A為激光波長（N為電脈沖總數(shù)），算出可動反射鏡的位移量L。
[0004] 單頻激光干涉儀的弱點之一是僅對激光干涉波的整數(shù)部分進行計數(shù)，而對于激光 干涉過程中存在的不足一個波長的干涉情況難以測量，測量精度有限。
[0005] 單頻激光干涉儀由于測量結(jié)構(gòu)的問題，其測量精度受限于激光的波長，其精度一 般只能為其波長的整數(shù)倍，很難再進行提升。隨著工業(yè)生產(chǎn)對精密測量的要求越來越高，對 測量儀器的測量精度提出了更高的要求。 【實用新型內(nèi)容】
[0006] 本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有激光干涉儀測量精度僅可測量獲取激光干涉中 整數(shù)倍波長，測量精度難以提升的弊端，提供了一種改進型平面反射鏡激光干涉儀，該激光 干涉儀在現(xiàn)有邁克爾遜激光干涉儀的基礎(chǔ)上，在激光干涉光路中結(jié)合微位移結(jié)構(gòu)，以獲得 激光干涉測距中難以獲得的激光干涉波的小數(shù)部分，提高激光干涉測量儀的測量精度。
[0007] 為了實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型提供了以下技術(shù)方案：
[0008] 一種改進型平面反射鏡激光干涉儀，包括激光源、分光鏡、微動平面反射鏡、測量 平面反射鏡，還包括可移動的微動平臺，所述微動平面反射鏡連接在微動平臺上。
[0009] 該激光源發(fā)出的激光到分光鏡時分成兩束激光，其中一束激光經(jīng)分光鏡反射后射 入到微動平面反射鏡，經(jīng)微動平面反射鏡反射后入射到光電探測器；另一束激光經(jīng)分光鏡 透射后入射到測量平面反射鏡，經(jīng)測量平面反射鏡反射到光電探測器，光電探測器即能檢 測兩束激光的干涉情況。
[0010] 由于微動平面反射鏡連接在微動平臺上，微動平臺是指其能夠發(fā)生非常小的位 移，精度可小至納米范圍。當測量平面反射鏡保持不動，微動平臺發(fā)生位移，相應的微動平 面反射鏡也會發(fā)生位移，發(fā)生位移后的微動平面反射鏡增加或減少了對應該束激光的光 程，由此光電探測器所接收到的兩束激光光程差發(fā)生改變，發(fā)生干涉，通過光電探測器所檢 測到的相長干涉，此時微動平臺運動距離為1，則被測距離未被檢測到的距離為1。進而可 以精確得到測量平面反射鏡移動距離的準確長度。
[0011] 優(yōu)選地，所述微動平臺為壓電陶瓷。
[0012] 壓電陶瓷是一種能夠?qū)C械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料，其在電場作用下 產(chǎn)生的形變量很小，最多不超過本身尺寸的千萬分之一的微位移，具有往復形變恢復能力， 穩(wěn)定性好、精度高。
[0013] 優(yōu)選地，連接所述微動平面反射鏡的所述壓電陶瓷產(chǎn)生的位移行程最大值等于所 述激光源的激光波長長度，其位移精度達到納米級別。
[0014] 本實用新型還公開了一種改進型平面反射鏡激光干涉儀的使用方法，包括上述的 一種改進型平面反射鏡激光干涉儀，包括以下步驟：
[0015] 步驟一、將所述微動平面反射鏡固定在所述微動平臺上，調(diào)整好所述激光源、分光 鏡、微動平面反射鏡、測量平面反射鏡、光電探測器的位置；
[0016] 步驟二、啟動所述激光源，所述激光源發(fā)出的激光到所述分光鏡反射，經(jīng)反射后的 激光射入到所述微動平面反射鏡，經(jīng)所述微動平面反射鏡的平面反射到所述光電探測器； 所述激光源發(fā)出的激光到所述分光鏡，經(jīng)透射后的激光入射到所述測量平面反射鏡，經(jīng)所 述測量平面反射鏡的平面反射到所述光電探測器，光電探測器可以檢測出激光干涉狀態(tài)， 干涉光路調(diào)整完成；
[0017] 步驟三、首先將測量平面反射鏡固定在被測對象的相對距離測量的起始位置，此 時控制所述微動平臺移動，使微動平面反射鏡沿激光入射方向（或反射方向）移動，當所述 光電探測器測得一個激光干涉波時，即最強干涉狀態(tài)或最弱干涉狀態(tài)，固定所述微動平臺， 將所述測量平面反射鏡在干涉光路方向移動距離d，對應所述光電探測器測得波長為X的 激光干涉波的數(shù)量為N，此時根據(jù)激光波長X計算獲得所述測量平面反射鏡的移動距離 .AxiV, "T，
[0018] 步驟四、固定所述測量平面反射鏡，控制所述微動平臺移動，使所述微動平面反射 鏡沿所述激光入射的方向移動，當所述光電探測器再次測得一個激光干涉波時，此時微動 平臺移動距離為1，則可獲得所述測量平面反射鏡在干涉光路方向移動距離中小于激光波 長部分的未被檢測到的距離△d為1，由此，可獲得步驟三中所述測量平面反射鏡的移動距 離更為精確的值為f= 一^一+l - 〇
[0019] 由于步驟四中微動平臺的移動方向是沿著激光入射的方向，那么其微動平臺的 移動距離1相當于增加了該光束激光的光程21，若該光束激光的光程增加量正好等于測 量平面反射鏡移動距離中小于激光波長的部分距離△d帶來的另一個光束光程量2Ad， 即2Ad= 21，那么Ad= 1，因此可獲得測量平面反射鏡的移動距離更為精確的值為 i ' = i + Ai =--h!〇
[0020] 當微動平面反射鏡的移動方向是沿著激光反射的方向，其微動平臺的移動距離1 相當于減少了該光束激光的光程21，若該光束激光的光程減少量加上測量平面反射鏡移 動距離中小于激光波長的部分距離Ad帶來的另一個光束光程量，正好等于一個干涉波長 2Ad+21=A，即Ai 丨因此，可以通過該方法獲得的測量平面反射鏡的移動距離更為 精確的值夕
【主權(quán)項】
1. 一種改進型平面反射鏡激光干涉儀，包括激光源（I)、分光鏡（2)、微動平面反射鏡 (3)、測量平面反射鏡（4)、光電探測器（5)、微動平臺（6)，其特征在于，所述微動平面反射 鏡⑶連接在微動平臺（6)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進型平面反射鏡激光干涉儀，其特征在于，所述微動 平臺（6)為壓電陶瓷。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種改進型平面反射鏡激光干涉儀，其特征在于，連接所述 微動平面反射鏡（3)的所述壓電陶瓷產(chǎn)生的位移行程最大值等于所述激光源（1)的激光波 長長度。
【專利摘要】本實用新型公開了一種改進型平面反射鏡激光干涉儀，其中激光干涉儀包括激光源、分光鏡、微動平面反射鏡、測量平面反射鏡、光電探測器，還包括可移動微動平臺、微動平面反射鏡連接在微動平臺上，微動平臺優(yōu)選為壓電陶瓷。該一種改進型平面反射鏡激光干涉儀通過設置一個可移動微動平臺，使微動平面反射鏡發(fā)生位移，配合測量平面反射鏡、激光源、分光鏡、光電探測器，能夠獲得激光干涉過程中難以測量的干涉波的小數(shù)部分，可以進一步提高激光干涉儀的測量精度。
【IPC分類】G01B9-02
【公開號】CN204439009
【申請?zhí)枴緾N201520184463
【發(fā)明人】張白, 潘俊濤, 康學亮
【申請人】北方民族大學
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月30日