气压调节无运动件干涉仪制造技术

本发明专利技术公开了一种气压调节无运动件干涉仪，包括半透半反镜、2块反射镜、光程腔、补偿腔、气压调节系统。光程腔和补偿腔分置于干涉仪的两条光路上。气压调节系统连接在光程腔和补偿腔上，包括气压调节器、气压控制模块和连接管道及阀门。本发明专利技术在传统迈克尔孙干涉仪光路中增加光程腔和补偿长，通过气压变化替代动镜运动来产生光程变化。从而实现干涉仪光路上无运动件的目标，降低了加工要求和生产制造成本。

Air pressure regulator without moving parts

The invention discloses an air pressure interferometer without moving parts, which comprises a semi permeable half mirror, a 2 mirror, an optical path cavity, a compensating cavity and an air pressure regulating system. The optical path cavity and the compensating cavity are placed on the two light paths of the interferometer. The air pressure regulating system is connected to the optical path cavity and the compensation cavity, which comprises an air pressure regulator, an air pressure control module, a connecting pipe and a valve. The interferometer cavity and the increase of the optical compensation in traditional Michelson, the pressure change instead of the moving mirror to generate optical path change. In order to achieve the goal of no moving parts on the interferometer light path, the processing requirements and manufacturing costs are reduced.

【技术实现步骤摘要】
气压调节无运动件干涉仪
本专利技术涉及干涉仪领域，具体是一种气压调节无运动件干涉仪。
技术介绍
干涉仪是非分散光学检测中常用的设备，是傅里叶红外设备的核心部件。干涉仪在化学分析、物质鉴定、精密加工检测、实时监测和遥感监测等方面有着广泛的应用。常规干涉仪有迈克尔孙和法布里-珀罗两种基本类型，其中以迈克尔孙型干涉仪最为常见。基本型迈克尔孙干涉仪通过机械方式改变光程，从而实现对干涉的调节和控制。基本型迈克尔孙干涉仪的反射镜片的位置精度需要控制在光波长的数量级，所以其体积和重量都比较大。光干涉要求两路光的轨迹高度重合，所以反射镜的角度也需要严格校准。这些要求都限制了干涉仪的制造和应用。上世纪90年代出现了使用角锥镜的干涉仪结构，该结构解决了干涉仪反射角的问题，但其运动件的位置精度仍依赖于机械加工的质量。由于干涉仪对光路的位置精度非常敏感，而传统干涉仪都必然存在关键的运动部件，这导致光学干涉仪的加工精度和机械稳定性要求较高，从而造成了制作成本居高不下，给基于干涉仪的光学检测的应用推广带来了困难。目前，运动部件的精度已经成为制约干涉仪制造成本的一个重大难点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种不依赖于运动部件而实现干涉控制的气压调节无运动件干涉仪，以降低干涉仪生产难度、消除器件因摩擦或转动而产生的机械误差。在干涉仪核心位置上避免机械运动部件的先天不足。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：气压调节无运动件干涉仪，包括迈克尔逊干涉仪常规光路结构中的半透半反镜，以及分别位于半透半反镜反射光路、透射光路上的反射镜，其特征在于：在半透半反镜的透射光路上，位于半透半反镜和对应的反射镜之间共光轴设置有光程腔，由光程腔所在的透射光路形成可调光路，光程腔侧壁具有供气压计连通的通气孔以及供气压调节器连通的通气孔，所述气压计通过对应的通气孔监测光程腔内部气压，且气压计与一个气压控制模块连接，由气压控制模块接收气压计测量的压力信号，气压控制模块根据压力信号得到相应的气压控制信号并将气压控制信号传送至气压调节器，所述气压调节器根据气压控制信号通过对应的通气孔对光程腔内部气压进行调节，通过调节光程腔内部气压改变调节迈克尔逊干涉仪的光程。所述的气压调节无运动件干涉仪，其特征在于：所述光程腔为管状腔体，腔体两管端分别安装有石英窗片，腔体一侧连接有一对通气孔，两通气孔分别垂直于腔体中心轴，其中一个通气孔与气压计连通，另一个通气孔与气压调节器连通。所述的气压调节无运动件干涉仪，其特征在于：所述气压调节器由若干截面积不同的活塞筒构成，每个活塞筒分别由各自对应的驱动电机驱动，每个活塞筒分别配备有刚性锁扣，多个活塞筒的出气孔分别与光程腔对应的通气孔连通，所述气压控制模块分别与各个活塞筒的驱动电机和刚性锁孔控制连接。所述的气压调节无运动件干涉仪，其特征在于：还包括结构与光程腔相同的补偿腔，补偿腔内部光路长度小于光程腔，补偿腔两管端分别安装有石英窗片，且补偿腔中石英窗片与光程腔的石英窗片完全相同，所述补偿腔共中心轴设置在半透半反镜的反射光路上并位于半透半反镜和对应的反射镜之间，补偿腔侧壁设有一对通气孔，两通气孔分别垂直于补偿腔中心轴，其中一个通气孔通过放空阀向外部放气，所述气压控制模块与放气阀控制连接，由补偿腔所在的反射光路形成固定光路，并由补偿腔的石英窗片补偿光程腔石英窗片的色散效果，以规避色散对干涉的影响。所述的气压调节无运动件干涉仪，其特征在于：所述补偿腔另一个通气孔还可通过连通阀连通接入气压调节器与光程腔对应的通气孔之间，所述气压控制模块与连通阀控制连接，当需要进行光程差的高精度调节时，通过连通阀连通补偿腔和光程腔，此时补偿腔所在的反射光路不再为固定光路。所述的气压调节无运动件干涉仪，其特征在于：所述光程腔、补偿腔均由高强度材料制成，可承受较高的气压以实现大范围的变化。本专利技术的工作原理为：当空气气压在正常大气压附近时，其折射率与气压基本上线性相关。在迈克尔孙干涉仪的两条光路中增加结构相同的光程腔和补偿腔，其中光程腔可以通过内部气压的改变调节光程，当气压增大时，光程增加，反之光程减小。补偿腔的有效部件为两块石英窗片，其作用为抵消光程腔窗片的色散效果，对于使用单色光源的干涉仪，可以不使用补偿腔。为准确控制光程腔的光程变化，需要对其内部气压进行精确控制，光程腔外接的气压控制模块可以通过即时检测腔体内部气压实现动态调节，进而实现对光程腔气压/光程的精确控制。为增加光程调节灵敏度，在保证机械强度的前提下，光程腔内部空气柱的长度应该尽量薄。一般来说，由于压力变化产生的石英窗片的厚度变化应远小于工作波长。常压下空气折射率为1.00027652，与真空接近，这样，每毫米的真空与空气存在276.52nm的光程差，约为半个可见光波长。可以据此定义空气的气压-光程系数k，k＝276.52nm/(atm.mm)。对于长L(mm)的光路，气压变动dP(atm)和光程变动dL(nm)的关系为：dL＝k×L×dP据此计算关系，光路在光程腔中的长度决定了精度，对于同等的光程变动，光路越短，对气压的控制精度要求越低。以500nm波长的可见光为例，当光程控制精度为10nm时，干涉仪足以精确控制其光线干涉状态，此时使用1mm光程腔，往返光路长度为2mm，10nm的光程差控制需要气压变动为0.018个大气压，约1832Pa。实际上目前压力传感器很容易实现1500Pa精度的测量，故对于1mm厚的光程腔，对光程的控制精度可以轻易达到10nm以内。对于更短波长紫外线，需要的光程控制精度也更高，对于空气中可以正常使用的紫外极限波长185nm，要能精确控制干涉，需控制光程变动约4nm(2％波长)，上述情况下需要实现约700Pa的气压精度，此精度对压力测量的要求过高，故本专利技术设计了补偿腔与光程腔连用的方式，实现了减小光路长度的、降低气压控制精度的要求。对于中空的加工件，补偿腔和光程腔的内部空间必然存在一定的差异，在低成本加工条件下，1mm腔体会存在0.1mm的加工误差。如此当光程腔与补偿腔连通并对外封闭时，光路中实际有效的光程腔长度将不超过0.1mm，此时，根据前面所述计算，2kPa的气压控制精度可带来小于1nm的的光程控制精度，经过标定后，足以完成紫外-可见-红外全波段的干涉精确控制。干涉仪工作时需要避免腔体内气体与外界频繁交换而产生的污染，本专利技术设计的多筒组合气压调节器，采用不同口径的活塞筒，在不同气压级别上逐级调节，实现对封闭环境内气压的大范围精确控制。例如：3个活塞筒口径分别为5:3:1，则其活塞移进行微量移动时，产生的气压变化则为25:9:1，可以根据需要逐级进行从粗调到微调的气压调节。本专利技术是一种能够不使用运动光学部件的迈克尔孙干涉仪，其各光路组成部分均无动件且使用刚性连接，以保证其对振动具有极强的抵抗性。由于其各光学部件均为紧固件，该干涉仪便于制作和组装，对部件的加工工艺要求也明显低于传统的干涉仪。附图说明图1为本专利技术结构原理图。图2为光程腔及补偿腔剖面示意图。图3为压力控制器结构示意图。具体实施方式如图1所示，气压调节无运动件干涉仪，包括迈克尔逊干涉仪常规光路结构中的半透半反镜5，以及分别位于半透半反镜5反射光路10、透射光路11上的反射镜2和1，在半透半反镜5的透射光本文档来自技高网...

【技术保护点】
气压调节无运动件干涉仪，包括迈克尔逊干涉仪常规光路结构中的半透半反镜，以及分别位于半透半反镜反射光路、透射光路上的反射镜，其特征在于：在半透半反镜的透射光路上，位于半透半反镜和对应的反射镜之间共光轴设置有光程腔，由光程腔所在的透射光路形成可调光路，光程腔侧壁具有供气压计连通的通气孔以及供气压调节器连通的通气孔，所述气压计通过对应的通气孔监测光程腔内部气压，且气压计与一个气压控制模块连接，由气压控制模块接收气压计测量的压力信号，气压控制模块根据压力信号得到相应的气压控制信号并将气压控制信号传送至气压调节器，所述气压调节器根据气压控制信号通过对应的通气孔对光程腔内部气压进行调节，通过调节光程腔内部气压改变调节迈克尔逊干涉仪的光程。

【技术特征摘要】
1.气压调节无运动件干涉仪，包括迈克尔逊干涉仪常规光路结构中的半透半反镜，以及分别位于半透半反镜反射光路、透射光路上的反射镜，其特征在于：在半透半反镜的透射光路上，位于半透半反镜和对应的反射镜之间共光轴设置有光程腔，由光程腔所在的透射光路形成可调光路，光程腔侧壁具有供气压计连通的通气孔以及供气压调节器连通的通气孔，所述气压计通过对应的通气孔监测光程腔内部气压，且气压计与一个气压控制模块连接，由气压控制模块接收气压计测量的压力信号，气压控制模块根据压力信号得到相应的气压控制信号并将气压控制信号传送至气压调节器，所述气压调节器根据气压控制信号通过对应的通气孔对光程腔内部气压进行调节，通过调节光程腔内部气压改变调节迈克尔逊干涉仪的光程。2.根据权利要求1所述的气压调节无运动件干涉仪，其特征在于：所述光程腔为管状腔体，腔体两管端分别安装有石英窗片，腔体一侧连接有一对通气孔，两通气孔分别垂直于腔体中心轴，其中一个通气孔与气压计连通，另一个通气孔与气压调节器连通。3.根据权利要求1所述的气压调节无运动件干涉仪，其特征在于：所述气压调节器由若干截面积不同的活塞筒构成，每个活塞筒分别由各自对应的驱动电机驱动，每个活塞筒分别配备有刚性锁扣，多...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄文平，李尧，
申请(专利权)人：安徽皖仪科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34