改进型级联阶梯型角反射镜激光干涉仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种精密测试技术及仪器领域，特别设及一种改进型级联阶梯型 角反射镜激光干设仪。
【背景技术】
[0002] 激光器的出现，使古老的干设技术得到迅速发展，激光具有亮度高、方向性好、单 色性及相干性好等特点，激光干设测量技术已经比较成熟。激光干设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。在大多数激光干设测长系统中，都采用了迈克尔逊干设仪或类似的光 路结构。
[0003] 单频激光干设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设条纹。当可动反射镜移动 时，干设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=NXA/2,式 中入为激光波长（N为电脉冲总数），算出可动反射镜的位移量L。使用单频激光干设仪时， 要求周围大气处于稳定状态，各种空气端流都会引起直流电平变化而影响测量结果。
[0004] 单频激光干设仪的弱点之一就是受环境影响严重，在测试环境恶劣，测量距离较 长时，该一缺点十分突出。其原因在于它是一种直流测量系统，必然具有直流光平和电平零 漂的弊端。激光干设仪可动反光镜移动时，光电接收器会输出信号，如果信号超过了计数器 的触发电平则就会被记录下来，而如果激光束强度发生变化，就有可能使光电信号低于计 数器的触发电平而使计数器停止计数，使激光器强度或干设信号强度变化的主要原因是空 气端流，机床油雾，切削屑对光束的影响，结果光束发生偏移或波面扭曲。
[0005] 单频激光干设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，同时测量环境的变化对测量结果有较大影响。 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。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型的目的在于克服现有激光干设仪测量精度受限于激光波长，测量精度 难W提升的不足，提供一种改进型级联阶梯型角反射镜激光干设仪，该激光干设仪在现有 迈克尔逊激光干设仪的基础上，采用多光源阶梯型直角反射镜组，能够提高该激光干设仪 的测量精度，同时适配的微动平台能够获得激光干设过程中难W测量的干设波的小数部 分，可W进一步提高该激光干设仪的测量精度。同时由于多光路干设状态交替变换，对测量 光路的环境变化有更高的抗干扰能力。
[0007] 为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供了W下技术方案：
[000引一种改进型级联阶梯型角反射镜激光干设仪，包括激光源、分光镜、阶梯型直角反 射镜组、移动直角反射镜、光电探测器组、微动平台，所述激光源包括n个平行激光束，其中n> 2,所述光电探测器组包括n个光电探测器；所述阶梯型直角反射镜组包括m个阶梯型 直角反射镜与m-1个常规直角反射镜配对组成，其中m> 2,每个所述阶梯型直角反射镜的 々 足， 反射面为n个成阶梯形的反射平面，相邻两个所述反射平面间距为+ 其中k 1nm1、jl 为自然数、A为激光源发出的激光波长；所述阶梯型直角反射镜组中至少一个阶梯型直角 反射镜或常规直角反射镜一端连接有可移动微动平台；所述激光源发出的激光经过所述分 光镜，经反射后每束激光分别射入所述阶梯型直角反射镜组，经所述阶梯型直角反射镜组 内部反射后将激光反射到对应的每个所述光电探测器；所述激光源发出的激光经过所述分 光镜，直接透射的每束激光分别入射到所述移动直角反射镜后反射到对应的每个光电探测 器。
[0009] 该激光干设仪的激光束数量、光电探测器的数量均为n(n> 2)，且为一一对应，阶 梯型直角反射镜组包括m个阶梯型直角反射镜与m-1个常规直角反射镜配对组成，其中每 个阶梯型直角反射镜具有成直角的两个反射阶梯面，每个反射阶梯面包括n个反射平面， 常规直角反射镜的反射面为两个相互垂直的平面，阶梯型直角反射镜和常规直角反射镜 (简称直角反射镜）保持错位相对设置来反射。因此，激光源发射的每束激光均分为两路， 其中一路激光通过分光镜反射到阶梯型直角反射镜组，在所有阶梯型直角反射镜内部的反 射阶梯面W及常规直角反射镜反射后，再反射至成45°的分光镜，后透射出并最终入射到 探测器上的其中一个光电探测器；该激光源发射的激光经分光镜内直接透射后的另一路激 光，入射到移动直角反射镜后再反射到分光镜，分光镜再将其反射到同一个光电探测器，该 光电探测器即能探测到该两路光程差在移动直角反射镜发生位移过程中是否产生干设状 态，即相长干设或相消干设。由于阶梯型直角反射镜上的反射平面成阶梯形状，因此激光源 发射的各束激光通过阶梯型直角反射镜的阶梯面反射后的光路的光程是不相同的，同时激 光源发射的每束激光分成两路后到达对应的光电探测器后的光程差值均不相同，该激光干 设仪产生的干设现象不仅和激光的波长有关，还和反射阶梯面的两个反射平面高度差值有 人。 关系，由于该阶梯面（即阶梯形反射平面）的相邻两个反射平面间距h等于' .V-",円 其中k为自然数、A为激光源发出的激光波长，该差值带来相邻两个反射平面的两束激光 光程差为^ '其中一个阶梯型直角反射镜经过两次反射再入射出去，该两束激光 2证打 2 经过一个阶梯型直角反射镜之后的光程差为^ ，经过m个阶梯型直角反射镜构成的 nm 阶梯型直角反射镜组后的光程差为^ 。由于光程差公式中kA并不会影响该激光光 巧 束的干设状态，只有的差值才会对该激光光束的干设状态产生影响，因此，只要移动直角 巧 反射镜发生相对位移，使其移动距离等于或整数倍于的距离，该探测器上的光电探测器 In 就能够检测出其处于激光干设状态的变化，故该激光干设仪的检测精度则相应提高到激光 波长的相对于现有的激光干设仪只能检测精度为激光波长A而言，该测量精度得到 .// 了显著提高，该测量精度即由阶梯型直角反射镜上反射阶梯面的相邻两个反射平面的间距 (也可称为高度或厚度）W及激光源的激光波长决定。
[0010] 另外，由于阶梯型直角反射镜组中的至少一个阶梯型直角反射镜或常规直角反射 镜上连接有微动平台，该微动平台是指其能够发生非常小的位移，精度达纳米的微位移结 构，如当其中一个阶梯型直角反射镜连接在微动平台上，微动平台发生移动，该阶梯型直角 反射镜组内部的该束激光光程差为两倍微动平台的位移长度。当微动平台保持不动，移动 直角反射镜发生一定位移时，该光电探测器能够测得长度精度为;^的激光干设波的数量， Ln 由于光电探测器此时测量到的精度是整数倍于^游:光干设波数量，并不包含小于^的长 2打 ." 度部分Ad，该部分也并未而且也并不可能W激光干设波的干设数量来体现，因此该测量的 激光干设波数量对应的距离d大小反应的其实是移动直角反射镜发生位移的真实距离中 整数倍于^的长度部分；当移动直角反射镜保持不动，微动平台发生位移，相应的阶梯型In 直角反射镜也会发生位移，发生位移后的阶梯型直角反射镜能够改变对应激光束的光程， 由此光电探测器所接收到的两束激光光程差发生改变，会产生激光干设状态变化，直到光 电探测器探测到产生了一个激光干设波数量时，微动平台停止运动，此时根据微动平台发 生位移的距离即能计算得到移动直角反射镜位移部分的小于^长度的移动距离Ad。 In
[0011] 因此，该激光干设测量仪可W精确测量得到移动直角反射镜移动距离更为准确的 长度，其测量精度能够测得小于^长度的移动距离部分，从而提高了测量精度。 In
[0012] 由于采用多光路干设测量，测量过程中，各光电探测器探测到的直流电平应该交 替变化，如果某一光路的测量环境的变化造成光电探测器测量的直流电平发生偏