[發明專利]平面鏡做動鏡的干涉儀中動鏡微傾角變化的檢測方法

有效

• 申請號: 201210405650.5
• 申請日: 2012-10-22
• 公開（公告）號: CN102927969A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 孫曉杰;華建文;代作曉;王志銳;陳仁;樊慶;夏翔;李濤;李文辰;王戰虎
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01C9/00
• 分類號: G01C9/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明涉及幾何角度測量技術，具體涉及一種動鏡的微傾角變化的測量方法，主要應用于門廊（Porch?Swing）結構的干涉儀中平面鏡動鏡的動態微傾角變化的測量。

背景技術

干涉儀是緊密光學儀器，儀器的干涉調制效率，干涉圖質量，光譜圖質量極易受到儀器平臺振動或動鏡自身掃描運動的影響。在采用門廊結構的干涉儀中，由于動鏡的支撐為彈性支撐，動鏡即使停止時也在進行自由的微晃動，這種微晃動的中心與掃描運動時略有差別。為獲得零光程差處的最佳信噪比，需要檢測出零光程差處的微晃動中心，并利用動態校準技術維持動鏡運動處于零光程差時的擺動中心。此外，動鏡的裝調過程中也需要對動鏡本身的晃動特性做出測量評估。目前對于超低頻、微角度變化的測量受到測量方法限制，無法精確測量。

通常在門廊結構的干涉儀中通常引入一套共光路的參考激光干涉儀，用于給儀器提供采樣干涉圖的基準和測量動鏡的運動傾斜。圖1為這種結構的干涉儀的主光路和參考激光光路及探測原理示意圖。反射鏡將參考激光引入主干涉光路中，經過起偏器激光信號變成線偏振光，線偏振激光在分束器處分為兩束，一路透過一個λ/8玻片后又經過動鏡反射回來變成圓偏振光其光強為I_fm，另一束經過動鏡反射后維持原來偏振態其光強為I_sm，兩束光最終在分束器處和束。經過偏振分束棱鏡時具有相同偏振方向的分量之間發生干涉，同時棱鏡把水平垂直振動方向的干涉光分成位相差π/2的透射光和反射光，最終在透射面和反射面的探測器面上轉化為電信號，再通過跨阻放大器放大后進行信號處理運算。

透射面探測器為T面，反射面探測器為R面。把動鏡傾斜方向二維正交分解，僅以水平方向為例，垂直方向以此類推。透射面探測器水平方向稱為T_HL,T_HR，反射面探測器為R_HL,R_HR。考慮到各路信號的非理想特性，水平方向透射面和反射面各探測元看到的信號分別為：

其中：為取實部運算。I=I_fm+I_sm是到達探測器的恒定的光強。I_fm為經過定鏡反射后的光強，I_sm為經過動鏡反射后的光強。I’=I_fmI_sm為經過調制的光強。V_OPD代表光程差速度此處為動鏡物理運動速度的兩倍。λ為參考激光波長。θ_L和θ_R分別代表處于正交關系的的兩對探測器由于光學部件誤差、探測器相元的間距誤差、機械裝配誤差等所引入的固定的相位變化。α代表動鏡的物理傾角。Δθ(α)代表動鏡的傾斜引入的動態相位變化。M(α)代表調制度。

過零檢測填脈沖法（參見《傅立葉變換光譜儀準直性誤差檢測技術》，孫方，代作曉等，紅外與激光工程，2006，10，92-96）是將干涉信號直流濾波，限幅放大電路，然后通過過零檢測電路將其轉換為方波信號，結合動鏡運動的方向，得到動鏡的一維傾角。這種檢測方法精度較高，但是需要動鏡的方向信息，然而動鏡在轉向區時或者動鏡處于準靜態的微晃動時，由于方向信息不明確無法進行實時連續測量。而基于瞬時激光光功率檢測（參見《空間傅立葉光譜儀高精密大范圍動態測角技術研究》，魏煥東華建文等，光電工程，2009，10，36-10）的動態測角算法，雖然不需要動鏡的方向信息，可以實現較大范圍傾角的連續檢測，但是測量精度只能達到0.03弧度，同時該方法也無法測量動鏡在微晃動時的微小傾角變化。

發明內容

本發明提供一種新的基于激光干涉信號之間相位關系檢測的動態微傾角變化的檢測方法，在充分考慮的探測器信號與實際光路存在誤差的基礎上，對信號重新建立數學模型，首先非理想測量信號之間的相位誤差并進行信號的相位補償，然后進行信號的運算。同時介紹了測量技術基本原理和算法實現的關鍵技術環節，本發明提供的檢測技術可以實現幅度精度達到0.2個微弧度和頻率低至1Hz的動態微傾角變化的檢測。

為實現這樣的目的，在上述I和M(α)為恒定的條件下，把（1）到（4）描述的信號中I視作直流量，2M(α)√I’視作交流的幅度值A。先測量I和A值則四路信號重寫為：