一种移动补偿式平面反射镜激光干涉仪及使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种精密测试技术及仪器领域，特别涉及一种移动补偿式平面反射镜 激光干涉仪。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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 = NX X /2,式 中A为激光波长（N为电脉冲总数），算出可动反射镜的位移量L。
[0004] 单频激光干涉仪的弱点之一是仅对激光干涉波的整数部分进行计数，而对于激光 干涉过程中存在的不足一个波长的干涉情况难以测量，测量精度有限。
[0005] 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。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。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有激光干涉仪测量精度仅可测量获取激光干涉中整数 倍波长，测量精度难以提升的弊端，提供了一种移动补偿式平面反射镜激光干涉仪及使用 方法，该激光干涉仪在现有迈克尔逊激光干涉仪的基础上，在激光干涉光路中结合微位移 结构，以获得激光干涉测距中难以获得的激光干涉波的小数部分，提高激光干涉测量仪的 测量精度。
[0007] 为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
[0008] 一种移动补偿式平面反射镜激光干涉仪，包括激光源、分光镜、微动平面反射镜、 测量平面反射镜，还包括可移动的微动平台，所述微动平面反射镜连接在微动平台上。
[0009] 该激光源发出的激光到分光镜时分成两束激光，其中一束激光经分光镜反射后射 入到微动平面反射镜，经微动平面反射镜反射后入射到光电探测器；另一束激光经分光镜 透射后入射到测量平面反射镜，经测量平面反射镜反射到光电探测器，光电探测器即能检 测两束激光的干涉情况。
[0010] 由于微动平面反射镜连接在微动平台上，微动平台是指其能够发生非常小的位 移，精度可小至纳米范围。当测量平面反射镜保持不动，微动平台发生位移，相应的微动平 面反射镜也会发生位移，发生位移后的微动平面反射镜增加或减少了对应该束激光的光 程，由此光电探测器所接收到的两束激光光程差发生改变，发生干涉，通过光电探测器所检 测到的相长干涉，此时微动平台运动距离为1，则被测距离未被检测到的距离为1。进而可 以精确得到测量平面反射镜移动距离的准确长度。
[0011] 优选地，所述微动平台为压电陶瓷。
[0012] 压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，其在电场作用下 产生的形变量很小，最多不超过本身尺寸的千万分之一的微位移，具有往复形变恢复能力， 稳定性好、精度高。
[0013] 优选地，连接所述微动平面反射镜的所述压电陶瓷产生的位移行程最大值等于所 述激光源的激光波长长度，其位移精度达到纳米级别。
[0014] 本发明还公开了一种移动补偿式平面反射镜激光干涉仪的使用方法，包括上述的 一种移动补偿式平面反射镜激光干涉仪，包括以下步骤：
[0015] 步骤一、将所述微动平面反射镜固定在所述微动平台上，调整好所述激光源、分光 镜、微动平面反射镜、测量平面反射镜、光电探测器的位置；
[0016] 步骤二、启动所述激光源，所述激光源发出的激光到所述分光镜反射，经反射后的 激光射入到所述微动平面反射镜，经所述微动平面反射镜的平面反射到所述光电探测器； 所述激光源发出的激光到所述分光镜，经透射后的激光入射到所述测量平面反射镜，经所 述测量平面反射镜的平面反射到所述光电探测器，光电探测器可以检测出激光干涉状态， 干涉光路调整完成；
[0017] 步骤三、首先将测量平面反射镜固定在被测对象的相对距离测量的起始位置，此 时控制所述微动平台移动，使微动平面反射镜沿激光入射方向（或反射方向）移动，当所述 光电探测器测得一个激光干涉波时，即最强干涉状态或最弱干涉状态，固定所述微动平台， 将所述测量平面反射镜在干涉光路方向移动距离d，对应所述光电探测器测得波长为X的 激光干涉波的数量为N，此时根据激光波长X计算获得所述测量平面反射镜的移动距离
[0018]
【主权项】
1. 一种移动补偿式平面反射镜激光干涉仪，包括激光源（1)、分光镜（2)、微动平面反 射镜（3)、测量平面反射镜（4)、光电探测器（5)、微动平台（6)，其特征在于，所述微动平面 反射镜（3)连接在微动平台（6)上。
2. 根据权利要求1所述的一种移动补偿式平面反射镜激光干涉仪，其特征在于，所述 微动平台（6)为压电陶瓷。
3. 根据权利要求2所述的一种移动补偿式平面反射镜激光干涉仪，其特征在于，连接 所述微动平面反射镜（3)的所述压电陶瓷产生的位移行程最大值等于所述激光源（1)的激 光波长长度。
4. 一种移动补偿式平面反射镜激光干涉仪的使用方法，其特征在于，包括如权利要求 1-3任一所述的一种移动补偿式平面反射镜激光干涉仪，包括以下步骤： 步骤一、将所述微动平面反射镜（3)固定在所述微动平台（6)上，调整好所述激光源 (1)、分光镜（2)、微动平面反射镜（3)、测量平面反射镜（4)、光电探测器（5)的位置； 步骤二、启动所述激光源，所述激光源（1)发出的激光到所述分光镜（2)反射，经反射 后的激光射入到所述微动平面反射镜（3)，在所述微动平面反射镜（3)的平面反射到所述 光电探测器（5);所述激光源（1)发出的激光到所述分光镜（2)，经透射后的激光入射到所 述测量平面反射镜（4)，经所述测量平面反射镜（4)的平面反射到所述光电探测器（5)，光 电探测器（5)可以检测出激光干涉状态，干涉光路调整完成； 步骤三、首先将测量平面反射镜固定在被测对象的相对距离测量的起始位置，此时控 制所述微动平台移动，使微动平面反射镜沿激光入射方向或反射方向移动，当所述光电探 测器（5)测得一个激光干涉波时，即两束激光处于最强干涉状态或最弱干涉状态，固定所 述微动平台（6);将所述测量平面反射镜（4)在干涉光路方向移动距离d，对应所述光电探 测器（5)测得波长为X的激光干涉波的数量为N，此时根据激光波长X计算获得所述测量 平面反射镜（4)的移动距离d 步骤四、固定所述测量平面反射镜（4)，控制所述微动平台（6)移动，使所述微动平面 反射镜（3)沿所述激光入射的方向移动，当所述光电探测器（5)再次测得一个激光干涉波 时，此时微动平台移动距离为1，则可获得所述测量平面反射镜（4)在干涉光路方向移动距 离中小于激光波长部分的未被检测到的距离△d为1，由此，可获得步骤三中所述测量角反 射镜（4)的移动距离更为精确的值为〃 + /
5. 根据权利要求4所述的一种移动补偿式平面反射镜激光干涉仪的使用方法，其特征 在于，所述步骤四中的所述微动平面反射镜（3)的移动方向是沿着所述激光反射的方向， 那么最后获得的所述测量平面反射镜（4)的移动距离更为精确的值为r=+U -丨 -〇
【专利摘要】本发明公开了一种移动补偿式平面反射镜激光干涉仪及使用方法，其中激光干涉仪包括激光源、分光镜、微动平面反射镜、测量平面反射镜、光电探测器，还包括可移动微动平台、微动平面反射镜连接在微动平台上，微动平台优选为压电陶瓷。该新型平面反射镜激光干涉仪通过设置一个可移动微动平台，使微动平面反射镜发生位移，配合测量平面反射镜、激光源、分光镜、光电探测器，能够获得激光干涉过程中难以测量的干涉波的小数部分，可以进一步提高激光干涉仪的测量精度。
【IPC分类】G01B9-02
【公开号】CN104697442
【申请号】CN201510144017
【发明人】张白, 潘俊涛, 康学亮
【申请人】北方民族大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月30日