双波长纳米精度实时干涉测量仪制造技术

一种双波长纳米精度实时干涉测量仪，适用于静态位移的测量。包括两个波长不相等的带有驱动电源和温度控制器的光源。光源发射光束的传输路径全部在光纤、合波元件和光纤耦合器内进行。两驱动电源之间连接有控制初始相位相同的触发控制器。光电转换元件将接收到的干涉信号转换成电信号输入到信号处理器内。信号处理器的另外两个输入端口分别与两个驱动电源相连。经信号处理器处理的数据显示在数字显示器上。与在先技术相比，本发明专利技术能够实时得到测量结果，测量精度比在先技术提高两个数量级，达到小于１０纳米。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到双波长纳米精度的实时干涉测量仪，特别涉及到使用正弦相位调制干涉测量的双波长纳米精度干涉测量仪。
技术介绍
在光学精密干涉测量中，正弦相位调制干涉测量是一种高精度的测量，位移测量可以达到纳米精度，但是测量范围只有半个光源波长。为了解决这个问题，日本新泻(Niigata)大学的佐佐木修己(Osami Sasaki)等人于1991年提供了一种双波长半导体激光干涉仪(在先技术“Two-wavelenlength sinusoidalphase-modulating laser-diode interferometer insensitive to external disturbances，”Applied Optics，Vol.30，No.28，4040-4045)。在此干涉仪中，采用了两个光源，利用合成波长技术将位移的测量范围扩大到152ìm，大大扩大了测量范围。遗憾的是此干涉仪测量精度较低，仅有0.6微米；而且使用体光学系统，体积较大；测量光束直径较大(1厘米左右)，不能用来测量尺寸微小的物体的位移；并且没有考虑激光器的温度控制措施，而温度变化引起的激光器波长漂移将造成测量误差。同时使用计算机使得测量不能实时进行。王向朝等专利技术人提供一种全光纤的大范围位移测量仪(在先技术专利技术人王向朝，步扬，王学锋，“全光纤大范围位移测量仪，”专利申请号01126555.8)。该干涉仪大幅提高了测量范围，并且可以用于微小物体的测量，但是测量精度仍只达微米，而且也不能实时测量。
技术实现思路
本专利技术的双波长纳米精度实时干涉测量仪，包括带有第一驱动电源1和第一温度控制器18的第一光源13发射的光束通过第一段光纤1301射入第一隔离器14内，由第一隔离器14出射后，通过第二段光纤1302由合波元件7的第二端口b射入，从合波元件7的第三端口c射出后，再通过第三段光纤1303由光纤耦合器8的第一端口P1射入，从光纤耦合器8的第三端口P3射出后，再通过第四段光纤1304，经过准直器15准直，透过部分反射元件16射到被测物体17上；由光纤耦合器8第二端口P2出射的光束经过第七段光纤801射到光电转换元件9上。由光纤耦合器8第四端口P4出射的光束经过第八段光纤802射到防反射元件12上；有波长λ2不等于第一光源13的波长λ1的带有第二驱动电源3和第二温度控制器4的第二光源5。由第二光源5发射的光束通过第五段光纤501，经过第二隔离器6，再经过第六段光纤502由合波元件7的第一端口a射入，同样从合波元件7的第三端口c射出后，再通过第三段光纤1303由光纤耦合器8的第一端口P1射入，从光纤耦合器8的第三端口P3射出后，再通过第四段光纤1304，经过准直器15准直，透过部分反射元件16射到被测物体17上；第一驱动电源1和第二驱动电源3之间连接有触发控制器2；有三个输入端口11a、11b、11c和一个输出端口11d的信号处理器11，信号处理器11的第一输入端口11a与光电转换元件9的输出端相连，信号处理器11的第二输入端口11b与第二驱动电源3相连，信号处理器11的第三输入端口11c与第一驱动电源1相连，信号处理器11的输出端口11d连接到数字显示器10上。如图1所示。所说的信号处理器11的结构包括，信号处理器11的第一输入端口11a分别与第一乘法器1101、第二乘法器1121、第三乘法器1110和第四乘法器1111相连。其中第一乘法器1101与第一低通滤波器1103和第一模数转换器1104串联后接入第一存储器1105内。第二乘法器1121与第二低通滤波器1120和第二模数转换器1119串联后接入第一存储器1105内。第三乘法器1110与第三低通滤波器1108和第三模数转换器1107串联后接入第二存储器1106内。第四乘法器1111与第四低通滤波器1112和第四模数转换器1113串联后接入第二存储器1106内；信号处理器11的第二输入端口11b分别与第四乘法器1111和第六乘法器1109相连，其中第六乘法器1109与第三乘法器1110相连；信号处理器11的第三输入端口11c分别与第二乘法器1121和第五乘法器1102相连，其中第五乘法器1102与第一乘法器1101相连；第一存储器1105的输出经过第七乘法器1118至加法器1116以及依次经过减法器1114、除法器1115和第八乘法器1117至加法器1116；第二存储器1106的输出依次经过减法器1114、除法器1115和第八乘法器1117至加法器1116；加法器1116的输出接入数字显示器10内。如图2所示。本专利技术的双波长纳米精度实时干涉测量仪，其结构如上述图1所示。带有第一驱动电源1和第一温度控制器18的第一光源13通过第一段光纤1301和第一隔离器14的输入端相连。第一隔离器14的输出端通过第二段光纤1302和合波元件7的第二端口b相连。第一驱动电源1和第二驱动电源3通过触发控制器2相连。带有第二驱动电源3和第二温度控制器4的第二光源5通过第五段光纤501和第二隔离器6的输入端相连。第二隔离器6的输出端通过第六段光纤502和合波元件7的第一端口a相连。合波元件7的第三端口c通过第三段光纤1303和光纤耦合器8的第一端口P1相连。光纤耦合器8的第三端口P3通过第四段光纤1304连接到准直器15。由准直器15射出的光束射向与准直器15同光轴放置的部分反射元件16和被测物体17。光纤耦合器8的第二端口P2、第四端口P4分别通过第七、八段光纤801、802连接到光电转换元件9和防反射元件12。光电转换元件9的输出与信号处理器11的第一输入端口11a连接。第一驱动电源1和第二驱动电源3的输出分别与信号处理器11的第三输入端口11c与第二输入端口11b连接。信号处理器11的输出由数字显示器10显示。信号处理器11的内部结构如上述图2所示，第一输入端口11a分别连到第一乘法器的1101、第二乘法器1121、第三乘法器1110和第四乘法器1111。第三输入端口11c连接到第五乘法器1102和第二乘法器1121。第五乘法器1102的输出连接到第一乘法器1101。输入与第一乘法器1101输出相连的第一低通滤波器1103的输出连接到第一模数转换器1104。输入与第二乘法器1121输出相连的第二低通滤波器1120的输出连接到第二模数转换器1119。两个输入分别与第一模数转换器1104和第二模数转换器1119的输出连接的第一存储器1105的输出分别连接到第七乘法器1118和减法器1114。第七乘法器1118的输出连接到加法器1116的输入。信号处理器的第二输入端口11b分别连接到第六乘法器1109和第四乘法器1111。第三乘法器1110的另一个输入端口与第六乘法器1109相连。输入与第三乘法器1110输出相连的第三低通滤波器1108的输出连接到第三模数转换器1107。输入与第四乘法器1111输出相连的第四低通滤波器1112的输出连接到第四模数转换器1113。两个输入分别与第三模数转换器1107和第四模数转换器1113的输出连接的第二存储器1106的输出连接到减法器1114。减法器1114的输出输入到除法器1115，除法器1115输出输入到第八乘法器1117，第八乘法器1117的输出输入到加法器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双波长纳米精度实时干涉测量仪，包括： 〈１〉带有第一驱动电源（１）和第一温度控制器（１８）的第一光源（１３）发射的光束通过第一段光纤（１３０１）射入第一隔离器（１４）内，由第一隔离器（１４）出射后，通过第二段光纤（１３０２）由合波元件（７）的第二端口ｂ射入，从合波元件（７）的第三端口（ｃ）射出后，再通过第三段光纤（１３０３）由光纤耦合器（８）的第一端口（Ｐ１）射入，从光纤耦合器（８）的第三端口（Ｐ３）射出后，再通过第四段光纤（１３０４），经过准直器（１５）准直，透过部分反射元件（１６）射到被测物体（１７）上； 〈２〉由光纤耦合器（８）第二端口（Ｐ２）出射的光束经过第七段光纤（８０１）射到光电转换元件（９）上，由光纤耦合器（８）第四端口（Ｐ４）出射的光束经过第八段光纤（８０２）射到防反射元件（１２）上； 其特征在于： 〈３〉有波长λ↓［２］不等于第一光源（１３）的波长λ↓［１］的带有第二驱动电源（３）和第二温度控制器（４）的第二光源（５），由第二光源（５）发射的光束通过第五段光纤（５０１），经过第二隔离器（６），再经过第六段光纤（５０２）由合波元件（７）的第一端口（ａ）射入，同样从合波元件（７）的第三端口（ｃ）射出后，再通过第三段光纤（１３０３）由光纤耦合器（８）的第一端口（Ｐ１）射入，从光纤耦合器（８）的第三端口（Ｐ３）射出后，再通过第四段光纤（１３０４），经过准直器（１５）准直，透过部分反射元件（１６）射到被测物体（１７）上； 〈４〉第一驱动电源（１）和第二驱动电源（３）之间连接有触发控制器（２）； 〈５〉有包含三个输入端口（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）和一个输出端口（１１ｄ）的信号处理器（１１），信号处理器（１１）的第一输入端口（１１ａ）与光电转换元件（９）的输出端相连，信号处理器（１１）的第二输入端口（１１ｂ）与第二驱动电源（３）相连，信号处理器（１１）的第三输入端口（１１ｃ）与第一驱动电源（１）相连，信号处理器（１１）的输出端口（１１ｄ）连接到数字显示器（１０）上。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王学锋，王向朝，刘英明，钱锋，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]