[發明專利]單頻激光偏振干涉儀在線調試裝置及方法

有效

• 申請號: 201010296976.X
• 申請日: 2010-09-29
• 公開（公告）號: CN101995211A
• 公開（公告）日: 2011-03-30
• 發明（設計）人: 楊軍;苑勇貴;李立艷;吳冰;劉彬彬;苑立波
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種單頻激光偏振干涉儀的安裝與調試裝置，具體涉及到減小光路固有非線性誤差的激光干涉儀的一體化制作過程中的裝置和調試裝置。

背景技術

納米測量作為納米科技的基礎，涉及到微電子、材料科學等領域。激光干涉測量技術具有非接觸性測量、測量精度高、測量速度快等優點，在納米測量領域被廣泛應用。納米測量技術的發展，要求激光干涉儀系統對環境具有較強的適應能力，具有高穩定性和低漂移。偏振干涉儀具有共光路、倍光程的特點，使環境影響大大降低，同時提高了系統測量分辨力，但偏振激光干涉儀也存在偏振光學元件多，光路復雜；安裝相對位置要求精度高，易受振動影響；偏振器件的性能與位置參數對溫度具有依賴性，使干涉儀易受溫度影響等不足，使其實用化過程中面臨諸多困難。依靠光學機械固定方式搭建的分立式干涉儀結構，各光學元件的固定多依賴于機械裝置保持相對位置不動，位置調節方法復雜，易受環境干擾。如果能夠實現干涉儀中的各個光學元件相對永久固定，并去除元件機械固定與保持裝置，使各個光學元件在物理上結為一體，則干涉儀的穩定性和可靠性將會大為提高，特別是抗振性能和溫度穩定性能，同時借助于小尺寸光學元件的選擇，可以進一步減小干涉儀的尺度，實現偏振激光干涉儀的小型化。光學系統集成有效的減小了由于線性漂移引起的干涉儀測量值的誤差，提高了干涉儀的測量精度和抗干擾的能力。

在干涉儀小型化和集成化過程中，由于受到非線性誤差的困擾，極大地降低了干涉儀的測量分辨率和精度。從理論上分析干涉儀的非線性誤差主要是由干涉儀所采用光學元件的位置及其性能非理想性導致的。用于補償干涉儀非線性誤差的方法有很多，主要可分為主動補償和被動補償方法兩種。由Heydemann(A?laser?measurement?system?for?the?high?precision?calibration?of?displacement?transducers.Measurement?Science?and?Technology，1996，7(6)：911-917.)提出的主動補償方法，雖可以很好的減小非線性誤差，但不能實時處理大量數據。

2006年安捷倫科技有限公司的戴維·C·楚等人公開了一種用于干涉儀非線性補償的系統和方法(CN1873368)，從測量信號中生成的干涉儀位置數據進行非線性補償的方法，包括基于接收到的數字位置值來生成第一組非線性參數；2010年中國計量科學研究院高思田等人公開了一種激光干涉儀非線性誤差修正方法、裝置及應用其的干涉儀(CN101839686A)，利用諧波分離修正法對所述干涉儀非線性誤差進行修正，使單頻激光干涉儀的非線性誤差修正達到最優化。上述方法均屬于干涉儀輸出信號的數據再處理方法，沒有從根本上降低干涉儀光路固有的非線性誤差。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠減小單頻激光偏振干涉儀光路的固有非線性誤差，提高干涉儀的測量精度的單頻激光偏振干涉儀在線調試裝置。本發明的目的還在于提供一種單頻激光偏振干涉儀在線調試方法。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明的單頻激光偏振干涉儀在線調試裝置由置于氣浮隔振平臺9上的穩頻激光器1、光隔離器2、偏振態旋轉機構3，待測單頻激光偏振干涉儀4、光學透射反射機構51、52、光功率計61、62、多路正交干涉信號探測器71～74、干涉信號采集與分析系統8、氣浮隔振光學平臺9組成；由穩頻激光器1發出偏振光光隔離器2后變成一束高偏振穩定度的信號光，經偏振態旋轉機構3后，進入待測激光干涉儀4；信號光被干涉儀4分成兩束41、43，兩束光41、43分別經過垂直于光束傳輸方向的光學透射反射機構51、52后，透射光42、44分別進入其后的光功率計61、62，反射光沿原路返回干涉儀4，從干涉儀4各端口Port3～Port6輸出的干涉信號光45～47分別被多路正交干涉信號探測器71～74接收后，形成正交干涉信號，被送入干涉信號采集與分析系統8對干涉信號的直、交流幅值和干涉相位進行分析，給出干涉儀的測量性能與光路非線性誤差參數。

(1)所述的穩頻激光器1的波長根據待測干涉儀要求進行選擇，如采用波長為632.8nm的He-Ne激光，頻率穩定度大于10-7，光強波動小于0.5％，光斑直徑小于1mm，具有高度調節和水平垂直角度偏擺調節功能；

(2)所述的光隔離器2包含起偏棱鏡201、203和Faraday旋轉器202，它具有單向傳輸特性，對輸入光源進行起偏，并防止光束返回光源，如圖2所示；

(3)所述的偏振態旋轉機構3可以實現對入射光偏振態0～360°的旋轉；