基于激光合成波長干涉原理的波長測量方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于激光合成波長干涉原理的波長測量方法及裝置。將參考激光器和待測激光器的輸出光束調(diào)制成正交線偏振光，入射到激光合成波長干涉儀，分別形成各自的干涉信號(hào)；干涉儀的第一角錐棱鏡移動(dòng)時(shí)，兩路干涉信號(hào)的相位差變化2π對(duì)應(yīng)于第一角錐棱鏡移動(dòng)半個(gè)由參考激光波長λR和待測激光波長λU形成的合成波長λS的位移；當(dāng)λS較小時(shí)，檢測兩路干涉信號(hào)兩次同時(shí)過零點(diǎn)的位置，測得λS值；當(dāng)λS較大時(shí)，先移動(dòng)第二角錐棱鏡，然后檢測兩路干涉信號(hào)兩次同時(shí)過零點(diǎn)位置，再結(jié)合第二角錐棱鏡位移和第一角錐棱鏡位移之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系求出λS值；最后根據(jù)λU和λR與λS之間的關(guān)系，得到待測激光波長值。本發(fā)明激光波長測量范圍大，抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)，波長測量精度高。
【專利說明】基于激光合成波長干涉原理的波長測量方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光波長測量方法及裝置，尤其是涉及一種基于激光合成波長干涉原理的波長測量方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在激光技術(shù)研究及應(yīng)用領(lǐng)域，激光波長的精確測量與校準(zhǔn)有著重要的科學(xué)意義和實(shí)際工程價(jià)值。在長度、速度、角度、距離和表面形貌等幾何量測量【技術(shù)領(lǐng)域】，大量地采用穩(wěn)頻激光器作為相干光源進(jìn)行干涉測量，激光波長是作為幾何量測量的標(biāo)尺，因此精確地測量這些激光器的激光波長是保證幾何量測量準(zhǔn)確性和量值溯源的關(guān)鍵；在激光通信中，通常采用相干外差法接收光信號(hào)，激光波長的穩(wěn)定度是影響信號(hào)接收質(zhì)量的重要因素之一；在光譜學(xué)領(lǐng)域，要把可調(diào)諧激光器調(diào)諧至需要的波長，也必需一種精密、快速的激光波長測量裝置；另外在光頻標(biāo)研究領(lǐng)域，對(duì)光頻標(biāo)本身的波長值的測量也是必需的，光頻標(biāo)波長的精確值是保證其他計(jì)量結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。
[0003]目前，國內(nèi)外采用干涉技術(shù)進(jìn)行激光波長測量的方法主要有法布里一珀羅干涉型、斐索干涉型和邁克爾遜干涉型。法布里一珀羅干涉法波長計(jì)是利用光束通過兩塊鍍以高反射率、間距一定的平行玻璃板時(shí)產(chǎn)生多光束干涉的方法進(jìn)行待測激光波長的測量，測量精度能達(dá)到10_9，但是波長測量范圍較窄。斐索波長計(jì)是一種薄膜雙光束干涉，入射光進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)具后其前后兩個(gè)反射面返回兩束光，并產(chǎn)生干涉條紋，通過計(jì)算條紋的周期間隔實(shí)現(xiàn)對(duì)待測激光波長的測量，該方法雖然不需要參考激光，結(jié)構(gòu)簡單，但是由于系統(tǒng)對(duì)環(huán)境溫度變化、機(jī)械振動(dòng)的抗干擾能力差，因此測量過程中需要經(jīng)常標(biāo)定，給使用帶來不變。邁克爾遜波長計(jì)是通過計(jì)算參考光和待測光的干涉條紋數(shù)之比來求得待測光的波長，即NkNu =AuAe (其中，Nk是參考激光的干涉條紋數(shù)，Nu是待測激光的干涉條紋數(shù)，λ u為待測激光的波長，λ κ為參考激光的波長)，該方法能達(dá)到10_7?10_8的測量精度，但是為了提高測量精度，必須增加導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)范圍或者需要對(duì)干涉信號(hào)進(jìn)行高精度的細(xì)分，這會(huì)使測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且成本高。另外，基于合成`波長的激光波長測量方法是通過檢測待測激光波長λυ和參考激光波長入，形成的合成波長入3值，實(shí)現(xiàn)待測激光波長λ?的測量，但是該方法當(dāng)待測激光波長λ U與參考激光波長λ κ非常接近時(shí)，其形成的合成波長Xs將很大，會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過測量鏡移動(dòng)的導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)范圍，因此待測激光波長的測量范圍較小，受限于導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)幾何量測量、激光通信、光譜學(xué)和光頻標(biāo)研究等【技術(shù)領(lǐng)域】的需求，本發(fā)明的目的在于提供一種基于激光合成波長干涉原理的波長測量方法及裝置，根據(jù)激光合成波長干涉原理，利用第一角錐棱鏡與第二角錐棱鏡的運(yùn)動(dòng)位移之間存在的線性關(guān)系，縮短較大合成波長所對(duì)應(yīng)的長行程，解決當(dāng)待測激光波長和參考激光波長非常接近時(shí)需要大長度運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的技術(shù)問題，擴(kuò)大待測激光波長的測量范圍。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:[0006]一、一種基于激光合成波長干涉原理的波長測量方法:
[0007](I)參考激光器和待測激光器的輸出光束經(jīng)各自的偏振片后,成為正交線偏振光，入射到激光合成波長干涉儀，形成各自的干涉信號(hào)，分別由兩個(gè)光電探測器接收，干涉儀中的第一角錐棱鏡移動(dòng)時(shí)，參考激光波長λ ,和待測激光波長λ ?的干涉信號(hào)的相位關(guān)系將發(fā)生變化，當(dāng)這兩路干涉信號(hào)相位差變化2 π時(shí)對(duì)應(yīng)于第一角錐棱鏡移動(dòng)半個(gè)由入?形成的合成波長的位移，即Xs/2;
[0008](2)當(dāng)參考激光波長λ 待測激光波長λ υ的差大于或等于0.7pm時(shí)，形成的半個(gè)合成波長λ s小于第一角錐棱鏡的運(yùn)動(dòng)范圍300_，此時(shí)，通過移動(dòng)第一角錐棱鏡，檢測波長λκ和波長Xu的干涉信號(hào)兩次同時(shí)過零點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的位移，測得合成波長Xs/2值；
[0009](3)當(dāng)參考激光波長λ 待測激光波長λ υ的差小于0.7pm時(shí)，形成的半個(gè)合成波長λ 3大于第一角錐棱鏡的運(yùn)動(dòng)范圍300mm，此時(shí)，根據(jù)激光合成波長干涉原理可知--第一角錐棱鏡移動(dòng)位移AL和第二角錐棱鏡移動(dòng)位移Al之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系
【權(quán)利要求】
1.一種基于激光合成波長干涉原理的波長測量方法，其特征在于: (1)參考激光器和待測激光器的輸出光束經(jīng)各自的偏振片后，成為正交線偏振光，入射到激光合成波長干涉儀，形成各自的干涉信號(hào)，分別由兩個(gè)光電探測器接收，干涉儀中的第一角錐棱鏡移動(dòng)時(shí)，參考激光波長λR ,和待測激光波長λU的干涉信號(hào)的相位關(guān)系將發(fā)生變化，當(dāng)這兩路干涉信號(hào)相位差變化2 π時(shí)對(duì)應(yīng)于第一角錐棱鏡移動(dòng)半個(gè)由λR和λU形成的合成波長的位移，即λs/2; (2)當(dāng)參考激光波長λR待測激光波長λυ的差大于或等于0.7pm時(shí)，形成的半個(gè)合成波長λS小于第一角錐棱鏡的運(yùn)動(dòng)范圍300mm，此時(shí)，通過移動(dòng)第一角錐棱鏡，檢測波長λR和波長Xu的干涉信號(hào)兩次同時(shí)過零點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的位移，測得合成波長λs/2值； (3)當(dāng)參考激光波長λR待測激光波長λυ的差小于0.7pm時(shí)，形成的半個(gè)合成波長As大于第一角錐棱鏡的運(yùn)動(dòng)范圍300mm，此時(shí)，根據(jù)激光合成波長干涉原理可知:第一角錐棱鏡移動(dòng)位移AL和第二角錐棱鏡移動(dòng)位移Al之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法的一種基于激光合成波長干涉原理的波長測量裝置，其特征在于:參考激光器(1)輸出的光束經(jīng)過透振方向平行于y軸的第一偏振片(2)后成為振動(dòng)方向平行于y軸的線偏振光λR，射向第一偏振分光鏡(5);待測激光器(3)輸出的光束經(jīng)過透振方向平行于χ軸的第二偏振片(4)后成為振動(dòng)方向平行于χ軸的線偏振光λU，射向第一偏振分光鏡(5);線偏振光λR透過第一偏振分光鏡(5)和線偏振光λ J1經(jīng)第一偏振分光鏡(5)反射后，合成一束正交線偏振光入射到由固定在直線位移工作臺(tái)(6)上的第一角錐棱鏡(7)、分光鏡(8)、第二偏振分光鏡(9)和固定在納米定位工作臺(tái)(10)上的第二角錐棱鏡(11)組成的激光合成波長干涉儀后，形成各自的干涉信號(hào)，經(jīng)第三偏振分光鏡(12)分光后，分別由第一光電探測器(13)和第二光電探測器(14)接收后，經(jīng)同時(shí)過零檢測模塊(15)與計(jì)算機(jī)(16)連接。
【文檔編號(hào)】G01J9/02GK103439010SQ201310386783
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月29日
【發(fā)明者】陳本永, 嚴(yán)利平, 田秋紅, 劉燕娜, 樓盈天 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)