定标或检定用的纳米级位移发生器制造技术

该装置涉及一种高精度微位移测量装置，在长度计量领域中可以作为一种定标或检定装置。它采用ＣＣＤ线阵图象传感器，并使它置于法—珀干涉仪聚焦镜的焦平面上进行位移测量，在法—珀干涉仪光路中插入二个反射镜。该装置在确保较高精度前提下具有体积小、制造工艺简化、成本低、操作简便等优点。（*该技术在2001年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种高精度微位移测量装置，在长度计量领域中可作为一种定标或检定装置。各种计量仪器在使用之前都需要经过定标或检定，以实现量值统一和确保它们的测量精度。对于普通的长度计量仪器，通常是用已知的尺寸【经高一级精度仪器检定过】的标准实物如量块进行定标或检定。但对于测量范围在几微米以内的高精度微位移传感器来说，制作一种检定或定标装置是一件比较困难的工作，因为这样一种装置要求有纳米级的精度。中国《计量学报》第十一卷第一期【1990年1月】刊登的《高精度微位移差拍激光干涉仪》【中国计量科学院，徐毅、叶孝佑、李成阳、邹玲丁、许婕、高峰等】一文中介绍了这样一种装置的原理实验。据文中所述，该装置的核心部分由一台法布里——珀罗激光干涉仪和一台标准激光器组成，其工作原理为当上述法布里——珀罗干涉仪的腔长【工作间隔】发生变化时，若改变组成该激光干涉仪的激光器【工作激光器】的输出光的频率，使该激光干涉仪的输出光强锁定在最大值上，则该激光干涉仪的腔长变化与工作激光器的频率变化有一简单对应关系。通过使工作激光器输出光与标准激光器输出光的拍频即可测出工作激光器的频率变化。文献给出该装置的位移精度可达1nm。但是，该装置需用两台激光器，一台腔长可改变，使输出光频率改变，另一台为标准激光器，因此费用较高。其次，为使工作激光器工作时不跳模，上述法布里——珀罗激光干涉仪的腔长较-->大约在150－200mm之间，加之需设置一套拍频光路，欲使装置小型化是困难的。根据上述现有技术存在的缺点，本技术的目的是提供一种由CCD线阵图象传感器采集干涉图象，利用二块反射镜二次改变光路方向的，使结构小型化的用于定标或检定的纳米级标准静态位移发生器。该技术可通过以下技术方案实施，将一CCD线阵图象传感器（7）置于一个法布里——珀罗干涉仪聚焦镜的焦平面上，在法布里——珀罗干涉仪光路中插入反射镜（9）和（12），反射镜（9）直接固定在位移机构（10）上，随该位移机构同步产生位移。本技术的原理如附图1所示。由氦－氖激光发出的平行光束（1）经透镜（2）会聚，发散后【经小孔光阑（3），并起滤波作用】射向法布里——珀罗平板（4）和（5），出射的光线经聚焦镜（6）在其焦平面上形成多光束干涉条纹，其形状为一组同心圆。在聚焦镜（6）的焦平面上放置一CCD线阵图象传感器（7）。当法布里－珀罗平板（4）和（5）之间的间隔发生位移时，上述同心圆的直径即发生变化，通过CCD图象传感器（7）采集干涉图象，其信号送入计算机【图中未表示】，采用适当的计算方法即可得到最内一条干涉环的直径，利用公式：△h＝，式中△h表示法布里——珀罗平板（4）和（5）之间间隔的变化，D1、D2分别表示最内一条干涉环【且必须是同一干涉环】的前后两次直径。A为一个与法布里——珀罗平板（4）与（5）间隔、聚焦镜（6）焦距等有关的常数，它由以下方法确定。改变法布里——珀罗平板（4）和（5）的间隔，使干涉环中心一点的光强达最大值，-->测出最内一条干涉环的直径D，则A＝，其中λ为激光波长。本技术的优点在于：（1）在较高精度的前提下体积较小，费用较低，制造工艺及操作维修方便，（2）以CCD图象传感器采集干涉图样，计算机处理采样数据，实时性强。附图说明如下：图1为纳米级标准静态位移发生器原理图。图2为纳米级标准静态位移发生器结构示意图。本技术的实施倒还可通过附图进一步说明如下：附图2是本技术的结构示意图。图中（8）是氖－氦激光器：（2）作为会聚透镜的显微物镜，（3）为小孔光阑，（9）为全反射棱镜，直接固定在位移机构（10）上，法布里——珀罗平板（4）固定在位移机构（10）的下部。位移机构（10）的作用在于产生纳米级位移灵敏度的平行位移。在该结构中，法布里——珀罗平板（5）和聚焦透镜【为一双胶合镜】（6）分别固定在平行度调节机构（11）上，该机构的作用是确保装机时法布里——珀罗平板（4）和（5）的严格平行和间隔的调节。（12）为平面反射镜。在该装置中，（9）和（12）的作用是为减小装置的体积，并使位移方向在通常使用时较为方便的上下方向。（13）为调焦机构，它可沿光路作轴向移动，将固定于其上的线阵CCD图象传感器（7）准确地调节到聚焦透镜（6）的焦平面上。（13）为装置底座。实际操作时，下面一块法布里——珀罗平板（5）不动，由位移机构（10）带动上面一块法布里——珀罗平板（4）上下运动，从而改变两块法布里——珀罗平板（4）和（5）之间的间隔，而全反射棱镜（9）也固定在位移机构（10）上，这样可随该机构同步运动，简化装置机械结构。虽然当反射棱镜（9）上下位移时会对光路产生一定的影响，由于位移极小（小于-->2μm），经实验证明，这种影响可忽略不计。在该装置中，两法布里——珀罗平板（4）和（5）的间隔大为缩小【小于0.5mm】，这样不但可以提高测量放大比，且可以有效降低仪器高度。由上述可知，反射镜（9）和（12）改变了装置的另部件沿一个方向布局，从而缩小了装置长度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定标或检定用的纳米级位移发生器，其特征为用一个ＣＣＤ阵线图象传感器并使它置于法布里——珀罗干涉仪聚焦镜的焦平面上进行位移量，在法布里——珀罗干涉仪光路中插入反射镜（９）和（１２）。

【技术特征摘要】
1、一种定标或检定用的纳米级位移发生器，其特征为用一个CCD阵线图象传感器并使它置于法布里-珀罗干涉仪聚焦镜的焦平面上进行位移量，在法布里-珀罗干...

【专利技术属性】
技术研发人员：李柱，李彬，陈家璧，刘冲，
申请(专利权)人：华中理工大学，
类型：实用新型
国别省市：83[中国|武汉]