一种波长修正式多光束级联阶梯角反射镜激光干涉仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种波长修正式多光束级联阶梯角反射镜激光干涉仪，包括激光源、分光镜、阶梯平面角反射镜组、测量角反射镜装置、光电探测器组，其中激光源包括n个平行激光束，n≥2，光电探测器组包括n个光电探测器件，阶梯平面角反射镜组包括m个阶梯平面角反射镜与m‑1个常规角反射镜配对组成，m≥2，阶梯平面角反射镜的两个反射阶梯面均由n个阶梯平面构成，测量角反射镜装置包括测量角反射装置与精密位置装置。该激光干涉仪产生的激光干涉现象不仅和激光波长有关，还和阶梯型反射平面高度差值有关，该光电探测器组能够检测到精度达到λ/2n级别的位移，同时采用波长修正方法获得环境等效波长，显著提高了测量精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种精密测试技术及仪器领域，特别涉及一种波长修正式多光束级联阶梯角反射镜激光干涉仪。
技术介绍
激光器的出现，使古老的干涉技术得到迅速发展，激光具有亮度高、方向性好、单色性及相干性好等特点，激光干涉测量技术已经比较成熟。激光干涉测量系统应用非常广泛：精密长度、角度的测量如线纹尺、光栅、量块、精密丝杠的检测；精密仪器中的定位检测系统如精密机械的控制、校正；大规模集成电路专用设备和检测仪器中的定位检测系统；微小尺寸的测量等。在大多数激光干涉测长系统中，都采用了迈克尔逊干涉仪或类似的光路结构。单频激光干涉仪从激光器发出的光束，经扩束准直后由分光镜分为两路，并分别从固定反射镜和可动反射镜反射回来会合在分光镜上而产生干涉条纹。当可动反射镜移动时，干涉条纹的光强变化由接受器中的光电转换元件和电子线路等转换为电脉冲信号，经整形、放大后输入可逆计数器计算出总脉冲数，再由电子计算机按计算式L＝N×λ/2，式中λ为激光波长(N为电脉冲总数)，算出可动反射镜的位移量L。使用单频激光干涉仪时，要求周围大气处于稳定状态，各种空气湍流都会引起直流电平变化而影响测量结果。单频激光干涉仪的弱点之一就是受环境影响严重，在测试环境恶劣，测量距离较长时，这一缺点十分突出。其原因在于它是一种直流测量系统，必然具有直流光平和电平零漂的弊端。激光干涉仪可动反光镜移动时，光电接收器会输出信号，如果信号超过了计数器的触发电平则就会被记录下来，而如果激光束强度发生变化，就有可能使光电信号低于计数器的触发电平而使计数器停止计数，使激光器强度或干涉信号强度变化的主要原因是空气湍流，机床油雾，切削屑对光束的影响，结果光束发生偏移或波面扭曲。单频激光干涉仪由于测量结构的问题，其测量精度受限于激光的波长，其精度一般只能为其波长的整数倍，很难再进行提升，同时测量环境的变化对测量结果有较大影响。随着工业生产对精密测量的要求越来越高，对测量仪器的测量精度提出了更高的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有激光干涉仪测量精度受限于激光波长，测量精度难以提升的不足，提供一种波长修正式多光束级联阶梯角反射镜激光干涉仪及波长修正方法，该激光干涉仪在现有迈克尔逊激光干涉仪的基础上，采用n光源n阶梯平面角反射镜组，测量精度可以达到提高了该激光干涉仪的测量精度。测量环境下的激光等效波长可以通过本专利技术所述波长修正方法获得，进一步提高了该激光干涉仪的测量精度。同时由于多光路干涉状态交替变换，对测量光路的环境变化有更高的抗干扰能力。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：一种波长修正式多光束级联阶梯角反射镜激光干涉仪及波长修正方法，包括激光源、分光镜、阶梯平面角反射镜组、测量角反射镜装置、光电探测器组，所述激光源包括n个平行激光束，其中n≥2，所述光电探测器组包括n个光电探测器件，所述阶梯平面角反射镜组包括m个阶梯平面角反射镜与m-1个常规角反射镜配对组成，m≥2，每个阶梯平面角反射镜具有成直角的两个反射阶梯面，每个所述反射阶梯面包括n个成阶梯型的反射平面，相邻两个反射平面的间距等于其中k为自然数、λ为激光源发出的激光波长，常规角反射镜包括成直角的两个反射平面，λ为激光源发出的激光波长，所述测量角反射镜装置包括测量角反射镜与精密位移装置，测量角反射镜包括成直角的两个反射平面，所述测量角反射镜设置在所述精密位移装置上，所述精密位移装置设置在被测物体上，所述精密位移装置为所述测量角反射镜提供与被测物体位移同向或反向的位移；所述激光源发出的每束激光经过所述分光镜反射后，分别射入对应一个反射平面，每个所述阶梯平面角反射镜的反射平面将每束激光反射到所述光电探测器组的各个对应光电探测器件；所述激光源发出的每束激光经过所述分光镜透射后，分别入射到所述测量角反射镜装置中的测量角反射镜后反射到光电探测器组的对应的各个光电探测器件。该激光干涉仪的激光源发出的激光束数量、阶梯型反射平面数量和光电探测器件的数量均为n(n≥2)，且为一一对应，即激光源发射的每束激光经分光镜作用均分为两路，一路激光通过分光镜反射到阶梯平面角反射镜的阶梯面的其中一个平面后，反射到光电探测器组上的其中一个光电探测器件，另一路激光直接在分光镜内透射后入射到测量角反射镜后再反射到同一个光电探测器件，该光电探测器件即能探测到这两路光程差在测量角反射镜发生位移过程中是否产生最强干涉状态或最弱干涉状态。由于阶梯平面角反射镜面为阶梯型反射面，所以激光源发射的各束激光通过阶梯平面角反射镜的阶梯面反射后的光路的光程是不相同的，同时激光源发射的每个激光分成两路后到达对应的光电探测器件后的光程差值均不相同，能够发生干涉现象不仅和激光的波长有关，还和阶梯反射平面的平面高度差值有关系，该阶梯面(即阶梯型反射平面)的相邻两个平面高度差值等于由于其入射角为45度，等效光程为(光路往返为2倍)，m个阶梯平面角反射镜构成的光路等效光程为即相邻阶梯面的高度差值可以相同也可以不同，由于每束激光在每个反射平面反射后，光程有所差异，不管相邻两个反射平面的高度差值多少，其光程差均为由于上述光程差公式中kmλ并不会影响该光束激光的干涉状态，只有差值λ/n才会对该光束激光的干涉状态产生影响，因此，只要测量角反射镜进行移动λ/2n的距离或整数倍于λ/2n的距离，该光电探测器组上的光电探测器件的至少其中一个能够检测出其激光干涉状态发生的变化，故该激光干涉仪的检测精度则变为λ/2n，相对于现有的激光干涉仪只能检测精度为激光波长λ而言，该测量精度得到了显著提高，该测量精度即由阶梯平面角反射镜的阶梯面的每两个阶梯平面的间距(也可称为高度或厚度)以及激光源的激光波长决定。由于采用多光路干涉测量，测量过程中，各光电探测器探测到的直流电平应该交替变化，如果某一光路的测量环境的变化造成光电探测器测量的直流电平发生偏移，而其它测量光路的光电探测器探测到的直流电平没有发生交替变化，此时认为该测量光路是受到测量环境的影响，忽略其电平变化。如果多条光路的测量环境的变化造成多个光电探测器测量的直流电平发生偏移，则认为测量环境发生变化，忽略其电平变化。仅仅对于测量过程中严格满足多光路干涉状态交替变化的情况才对其进行计数，即多光路干涉测量中引入交流信号，将传统的激光干涉测量中直流电平的测量转换为交流信号的测量，提高了干涉仪的抗干扰能力。优选地，所述阶梯平面角反射镜的每个反射阶梯面包括直角形反射镜本体以及n-1个反射薄片组合而成，每个所述反射薄片的厚度等于k为自然数，每个所述阶梯平面角反射镜的两个反射阶梯面上反射薄片彼此一一对称设置，即每个阶梯平面角反射镜的两个反射阶梯面的所有反射薄片都是对称设置。该阶梯面通过n-1个反射薄片叠加在角反射镜本体上而成，角反射镜本体表面为激光干涉仪用普通反射镜，其中每个反射薄片的厚度为即每个反射薄片的厚度可以相同也可以不同，但两阶梯面应对称。优选地，每个所述反射薄片厚度均为优选地，所述角反射镜本体以及n-1个厚度相同的反射薄片为一体成型体，避免分块的反射薄片连接在一起产生的相邻两个反射薄片形成的两个阶梯平面的高度误差本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种波长修正式多光束级联阶梯角反射镜激光干涉仪，包括激光源、分光镜、阶梯平面角反射镜组、测量角反射镜装置、光电探测器组，其特征在于：所述激光源包括n个平行激光束，其中n≥2，所述光电探测器组包括n个光电探测器件；所述阶梯平面角反射镜组包括m个阶梯平面角反射镜与m‑1个常规角反射镜配对组成，m≥2，每个所述阶梯平面角反射镜具有成直角的两个反射阶梯面，每个所述反射阶梯面包括n个成阶梯型的反射平面，相邻两个反射平面的间距等于其中k为自然数、λ为所述激光源发出的激光波长；所述常规角反射镜包括成直角的两个反射平面，所述测量角反射镜装置包括测量角反射镜与精密位移装置，测量角反射镜包括成直角的两个反射平面，所述测量角反射镜设置在所述精密位移装置上，所述精密位移装置设置在被测物体上，所述精密位移装置为所述测量角反射镜提供与被测物体位移同向或反向的位移；所述激光源发出的每束激光经过所述分光镜反射后，分别射入对应一个反射平面，每个所述反射平面将每束激光反射到对应的所述光电探测器组的各个光电探测器件；所述激光源发出的每束激光经过所述分光镜透射后，分别入射到所述测量角反射镜后再反射到对应的光电探测器组的各个光电探测器件，所述精密位移装置包括支撑平台和设置在所述支撑平台上的驱动装置，所述支撑平台与所述被测物体相配合，所述驱动装置为所述测量角反射镜提供在被测物体位移方向上的位移，所述驱动装置为压电陶瓷型驱动装置，所述激光干涉仪还包括设置在所述支撑平台上的第一位移件和设置在所述第一位移件上的第二位移件，所述驱动装置与所述第一位移件相配合，为所述第一位移件提供沿 所述支撑平台的位移，所述第一位移件具有一相对于其位移方向倾斜的斜面，所述第二位移件滑动设置在所述第一位移件的斜面上，使所述第二位移件可沿所述第一位移件的斜面滑动，所述第一位移件与第二位移件之间贴紧配合，所述测量角反射镜设置在所述第二位移件上，所述支撑平台上还设置有约束装置，所述约束装置限制所述第二位移件沿所述第一位移件位移方向上的运动，使得当第一位移件被所述驱动装置带动而产生位移时，所述第二位移件被所述第一位移件带动而产生位移，并且，所述第二位移件的位移方向与所述第一位移件的位移方向相垂直，所述第一位移件的斜面与其位移方向的夹角为A度，0<A<45，所述第二位移件上设置有弹性元件，使得第二位移件与第一位移件保持接触状态。...

【技术特征摘要】
1.一种波长修正式多光束级联阶梯角反射镜激光干涉仪，包括激光源、分光镜、阶梯平面角反射镜组、测量角反射镜装置、光电探测器组，其特征在于：
所述激光源包括n个平行激光束，其中n≥2，所述光电探测器组包括n个光电探测器件；
所述阶梯平面角反射镜组包括m个阶梯平面角反射镜与m-1个常规角反射镜配对组成，m≥2，每个所述阶梯平面角反射镜具有成直角的两个反射阶梯面，每个所述反射阶梯面包括n个成阶梯型的反射平面，相邻两个反射平面的间距等于其中k为自然数、λ为所述激光源发出的激光波长；
所述常规角反射镜包括成直角的两个反射平面，所述测量角反射镜装置包括测量角反射镜与精密位移装置，测量角反射镜包括成直角的两个反射平面，所述测量角反射镜设置在所述精密位移装置上，所述精密位移装置设置在被测物体上，所述精密位移装置为所述测量角反射镜提供与被测物体位移同向或反向的位移；
所述激光源发出的每束激光经过所述分光镜反射后，分别射入对应一个反射平面，每个所述反射平面将每束激光反射到对应的所述光电探测器组的各个光电探测器件；所述激光源发出的每束激光经过所述分光镜透射后，分别入射到所述测量角反射镜后再反射到对应的光电探测器组的各个光电探测器件，
所述精密位移装置包括支撑平台和设置在所述支撑平台上的驱动装置，所述支撑平台与所述被测物体相配合，所述驱动装置为所述测量角反射镜提供在被测物体...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴启满，张白，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：新型
国别省市：四川;51