專利名稱：一種波長跟蹤器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及干涉測量領(lǐng)域，具體涉及一種用于波長跟蹤測量的波長跟蹤器。
背景技術(shù)：
本發(fā)明所涉及的波長跟蹤器，主要用于雙頻激光干涉測量領(lǐng)域，比如超精密位移測量、光學元件與光學膜厚測量等領(lǐng)域。在雙頻激光干涉測量領(lǐng)域，波長是計量的基準，但波長會隨空氣折射率或激光器本身參數(shù)變化而變化，因此會導致測量誤差。本發(fā)明的波長跟蹤器對空氣中的波長進行實時跟蹤測量，以便對波長變化所引起的測量誤差進行補償。圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一種波長跟蹤器原理圖。它由一個差分干涉儀和一個標準腔組成，其中標準腔由前反射鏡(Front Mirror)和后反射鏡(Rear Mirror)組成。差分干涉儀的參考光fA入射至標準腔的前反射鏡，而測量光fB入射至標準腔的后反射鏡，通過差分干涉儀監(jiān)控參考光和測量光的光程之差，獲得標準腔的長度變化。而標準腔的長度變化可歸根于空氣折射率變化導致的，因此通過監(jiān)控標準腔的長度變化即可獲得空氣折射率的變化，進而折算出空氣中的波長變化。為了提高測量分辨率，該波長跟蹤器采用了結(jié)構(gòu)較為復雜的差分干涉儀，由圖中可看出，其光路結(jié)構(gòu)比較復雜，各個光學器件之間的裝調(diào)難度很大。圖2是現(xiàn)有技術(shù)中另一種波長補償器的原理圖，它由一個差分干涉儀和一個真空腔組成。其真空腔由一個增透鏡和一個反射鏡組成，兩個鏡子用殷鋼連接，中間抽成真空。 差分干涉儀的參考光穿過增透鏡并經(jīng)過真空腔入射至反射鏡上；測量光穿過增透鏡并經(jīng)過空氣入射至反射鏡上。差分干涉儀通過對比參考光和測量光的光程變化，可以折算成空氣中的波長變化。該方案也要采用結(jié)構(gòu)較為復雜的差分干涉儀，裝調(diào)比較麻煩。另外，參考光路需要抽成真空，其真空度難免會隨時間變化而變差，因此其測量精度也會隨時間變化而變差。眾所周知，空氣中的波長主要受空氣折射率和激光器本身的影響。上述波長跟蹤器只能監(jiān)測到空氣折射率變化導致的波長變化，對激光器本身導致的波長變化卻無法監(jiān)測。在雙頻激光干涉測量系統(tǒng)中，波長(頻率)作為基準，對測量精度有重要影響?？?br> 氣中波長為^ 二 ，其中λ ^為真空名義波長，η為空氣折射率。 η空氣中的波長變化主要有兩部分1.激光器本身參數(shù)變化導致輸出的名義波長 λ ^不穩(wěn)定；2.受環(huán)境影響，空氣折射率η變化，導致空氣中的波長變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種波長跟蹤器，對上述兩方面因素導致的的波長變化進行實時測量，反饋給激光計數(shù)卡，以便進行實時補償。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的。一種波長跟蹤器，包括
一單軸干涉儀，實時檢測波長變化；一標準腔，由相距一定距離的反射鏡組成，為測試光線提供一光程；以及一底板，所述單軸干涉儀及所述標準腔固定于底板上形成一個整體。其中，所述底板熱膨脹系數(shù)接近于零，以保證所述底板上的所有光學元件的相對幾何距離穩(wěn)定。優(yōu)選地，所述底板材料為微晶玻璃。其中，所述單軸干涉儀由偏振分光棱鏡、鍍高反膜的四分之一波片、四分之一波片以及角錐棱鏡組成，所述鍍高反膜的四分之一波片和所述四分之一波片離偏振分光棱鏡中心的距離相等。其中，波長測量分辨率由干涉儀的分辨率(細分數(shù))和標準腔長決定
Γ π λ dL λ————=-
JL L M-L其中，L—標準腔的初始長度；λ—初始時刻的波長；M——干涉測量系統(tǒng)的細分數(shù)。本發(fā)明提供的波長跟蹤器，可同時對空氣折射率變化和激光器本身參數(shù)變化弓I起的波長變化進行跟蹤測量，同時還具有結(jié)構(gòu)簡單、裝調(diào)難度低、測量分辨率高等優(yōu)點。


關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點與精神可以通過以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進一步的了解。圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中一波長跟蹤器原理圖；圖2所示為現(xiàn)有技術(shù)中另一波長跟蹤器原理圖；圖3所示為本發(fā)明波長跟蹤器原理圖；圖4所示為本發(fā)明波長跟蹤器的一種簡化結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施例。本發(fā)明的基本原理為假設(shè)干涉儀和被測反射鏡之間的幾何長度為L，由干涉儀測出來的L可表示為L = N--(1)
M其中，L——標準腔的初始長度；λ——初始時刻的波長；M——干涉測量系統(tǒng)的細分數(shù)；N——波長個數(shù)；當波長λ變化時，干涉儀的讀數(shù)L會發(fā)生變化。因此通過監(jiān)測干涉儀和被測反射鏡之間的光程變化，可推算出空氣折射率變化。如圖3所示，本發(fā)明波長跟蹤器由一單軸干涉儀以及一標準腔組成。其中偏振分
光棱鏡1、鍍高反膜的四分之一波片2、四分之一波片3以及角錐棱鏡8組成單軸干涉儀；反
射鏡5、反射鏡6以及測量鏡7組成標準腔。單軸干涉儀和標準腔放置在高穩(wěn)定底板4上，
4形成一個整體。高穩(wěn)定底板4采用熱膨脹系數(shù)接近零的微晶玻璃，各部件均粘結(jié)在高穩(wěn)定底板上，各個部件之間相對的幾何位置是非常穩(wěn)定的，不受環(huán)境影響而變化。來自雙頻激光器的雙頻激光束，經(jīng)過偏振分光棱鏡1之后，S偏振光被反射至鍍高反膜的四分之一波片2，形成參考光束，P偏振光被透射至四分之一波片3，形成測量光束。 測量光依次經(jīng)過反射鏡5、反射鏡6以及測量鏡7，最終返回干涉儀，送往接收器。由于高穩(wěn)定底板4的熱膨脹系數(shù)接近于零，各部件的相對幾何距離很穩(wěn)定，因此干涉儀測出的光程變化可認為是波長變化導致的，根據(jù)干涉儀的讀數(shù)變化可計算出波長的變化，無論這個波長變化是由空氣折射率變化導致的還是激光器本身參數(shù)變化導致的。四分之一波片3、反射鏡5、反射鏡6和測量鏡7之間的長度，可定義為標準腔長。 初始時刻，標準腔長可用波長表示為
其中，L0——標準腔的初始長度；A0——初始時刻的波長；M——干涉測量系統(tǒng)的細分數(shù)；N——波長個數(shù)；當波長發(fā)生變化時，標準腔長可表示為兩個時刻的標準腔的長度之差即為干涉儀所測量的數(shù)值其中N可表示為因此可得波長變化值為本發(fā)明的波長測量分辨率主要由干涉儀的分辨率(細分數(shù))和標準腔長決定在本發(fā)明的一個具體實施例中，四分之一波片3、反射鏡5、反射鏡6和測量鏡7之間的長度為標準腔長L = 500mm。所使用的光源波長為633nm，單軸干涉儀為4倍光學細分， 處理電路為512細分，因此根據(jù)公式(6)可算出測量分辨率為增加反射鏡5和反射鏡6是為了在有限的空間內(nèi)增加標準腔長L，進而提高測量分辨率。如果犧牲測量分辨率或犧牲總體體積，也可略去反射鏡5和反射鏡6，形成如圖4所示的結(jié)構(gòu)，這不違反本專利的精神，也在本專利保護范圍之內(nèi)。本說明書中所述的只是本發(fā)明的較佳具體實施例，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對本發(fā)明的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種波長跟蹤器，其特征在于包括 一單軸干涉儀，實時檢測波長變化；一標準腔，由相距一定距離的反射鏡組成，為測試光線提供一光程；以及一底板，所述單軸干涉儀及所述標準腔固定于底板上形成一個整體；其中，所述底板熱膨脹系數(shù)接近于零，以保證所述底板上的所有光學元件的相對幾何距離穩(wěn)定。
2.如權(quán)利要求1所述的波長跟蹤器，其特征在于所述底板材料為微晶玻璃。
3 如權(quán)利要求1所述的波長跟蹤器，其特征在于所述單軸干涉儀由偏振分光棱鏡、鍍高反膜的四分之一波片、四分之一波片以及角錐棱鏡組成，所述鍍高反膜的四分之一波片和所述四分之一波片離偏振分光棱鏡中心的距離相等。
4.如權(quán)利要求1所述的波長跟蹤器，其特征在于波長測量分辨率由干涉儀的分辨率 (細分數(shù))和標準腔長決定 λ _dL _ λ λ ‘ L ~ M-L其中，L——標準腔的初始長度；λ—初始時刻的波長；M——干涉測量系統(tǒng)的細分
全文摘要
本發(fā)明提出一種波長跟蹤器，包括一單軸干涉儀，實時檢測波長變化；一標準腔，由相距一定距離的反射鏡組成，為測試光線提供一光程；以及一底板，所述單軸干涉儀及所述標準腔固定于底板上形成一個整體；所述底板熱膨脹系數(shù)接近于零，以保證所述底板上的所有光學元件的相對幾何距離穩(wěn)定。本發(fā)明提供的波長跟蹤器，可同時對空氣折射率變化和激光器本身參數(shù)變化引起的波長變化進行跟蹤測量，同時還具有結(jié)構(gòu)簡單、裝調(diào)難度低、測量分辨率高等優(yōu)點。
文檔編號G01J9/02GK102564613SQ20101061928
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者任勝偉, 張志平, 張曉文, 池峰, 肖鵬飛, 陳勇輝 申請人:上海微電子裝備有限公司