一種激光波長修正式平面反射鏡激光干涉儀及波長修正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種精密測試技術(shù)及儀器領(lǐng)域，特別涉及一種激光波長修正式平面反射鏡激光干涉儀及波長修正方法。
【背景技術(shù)】
[0002]激光器的出現(xiàn)，使古老的干涉技術(shù)得到迅速發(fā)展，激光具有亮度高、方向性好、單色性及相干性好等特點(diǎn)，激光干涉測量技術(shù)已經(jīng)比較成熟。激光干涉測量系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛:精密長度、角度的測量如線紋尺、光柵、量塊、精密絲杠的檢測；精密儀器中的定位檢測系統(tǒng)如精密機(jī)械的控制、校正;大規(guī)模集成電路專用設(shè)備和檢測儀器中的定位檢測系統(tǒng);微小尺寸的測量等。目前，在大多數(shù)激光干涉測長系統(tǒng)中，都采用了邁克爾遜干涉儀或類似的光路結(jié)構(gòu)，比如，目前常用的單頻激光干涉儀。
[0003]單頻激光干涉儀是從激光器發(fā)出的光束，經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直后由分光鏡分為兩路，并分別從固定反射鏡和可動反射鏡反射回來會合在分光鏡上而產(chǎn)生干涉條紋。當(dāng)可動反射鏡移動時，干涉條紋的光強(qiáng)變化由接收器中的光電轉(zhuǎn)換元件和電子線路等轉(zhuǎn)換為電脈沖信號，經(jīng)整形、放大后輸入可逆計(jì)數(shù)器計(jì)算出總脈沖數(shù)N，再由電子計(jì)算機(jī)按計(jì)算式L = NXA/2，式中λ為激光波長，算出可動反射鏡的位移量L。
[0004]在實(shí)際使用中，本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，目前的單頻激光干涉儀僅對激光干涉波的整數(shù)部分進(jìn)行計(jì)數(shù)，即，只能在最強(qiáng)干涉時，即最強(qiáng)相長干涉時進(jìn)行計(jì)數(shù)，而對于激光干涉過程中，非最強(qiáng)相長干涉時則難以計(jì)數(shù)，如此使得，其測量精度受限于激光的波長，其精度只能為半個激光波長的整數(shù)倍，但是在實(shí)際測量中，被測物體產(chǎn)生的位移值通常都是隨機(jī)的，不可能剛好是半個激光波長的整數(shù)倍，即，還存在有超出半個激光波長的小數(shù)部分，該部分距離并不能夠通過上述的接收器反應(yīng)出來，所以也無法計(jì)算出來。同時由于大氣環(huán)境的變化，如溫度、濕度以及氣壓的變化，激光波長在環(huán)境中發(fā)生變化，這直接造成激光干涉測距的精度降低。
[0005]雖然，在常規(guī)技術(shù)領(lǐng)域中，激光的半個波長已具有極高的精度，但是，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在精密測量技術(shù)領(lǐng)域中，精密測量的精度要求越來越高，這種半個激光波長的精度，已日漸不能再滿足人們的要求。
[0006]所以，基于上述不足，目前亟需一種能夠提供更高測量精度的激光干涉儀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于針對目前激光干涉儀精度受限于激光波長，且測量環(huán)境對激光波長有直接影響的不足，提供一種具有更高測量精度的激光干涉儀。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案:
[0009]—種激光波長修正式平面反射鏡激光干涉儀，包括激光源、固定平面反射鏡、光電探測器、測量平面反射鏡裝置和分光鏡，所述測量平面反射鏡裝置包括測量平面反射鏡與精密位移裝置，所述激光源射出的激光束經(jīng)所述分光鏡后分為第一激光束和第二激光束，第一激光束射向所述固定平面反射鏡，經(jīng)所述固定平面反射鏡反射后再次射向所述分光鏡，再經(jīng)分光鏡后射向所述光電探測器，第二激光束射向所述測量平面反射鏡，經(jīng)所述測量平面反射鏡反射后再次射向所述分光鏡，經(jīng)分光鏡后射向所述光電探測器，第一激光束與第二激光束在射向所述光電探測器時發(fā)生干涉，所述測量平面反射鏡設(shè)置在所述精密位移裝置上，所述精密位移裝置設(shè)置在被測物體上，所述精密位移裝置為所述測量平面反射鏡提供與被測物體位移同向或反向的位移。
[0010]本申請的上述方案中，由于將測量平面反射鏡設(shè)置在精密位移裝置上，而精密位移裝置設(shè)置在被測物體上，當(dāng)被測物體發(fā)生位移時，被測物體帶動精密位移裝置，進(jìn)而帶動測量平面反射鏡，如此，當(dāng)被測物體發(fā)生位移時，在位移過程中，由于第二激光束光程的變化，使得，第一激光束與第二激光束的干涉狀態(tài)也隨之變化，開始測量工作前，啟動精密位移裝置，使測量平面反射鏡產(chǎn)生位移，所述測量平面反射鏡的位移方向與被測物體的位移方向在同一直線上，當(dāng)光電探測器檢測到最強(qiáng)相長干涉時，停止精密位移裝置，并將光電探測器計(jì)數(shù)清零，然后再開始測量被測物體的位移，在第一激光束與第二激光束干涉狀態(tài)變化過程中，光電探測器記錄最強(qiáng)相長干涉的次數(shù)N，當(dāng)被測物體移動結(jié)束，處于靜止?fàn)顟B(tài)時，光電探測器停止計(jì)數(shù);此時，通過精密位移裝置使測量平面反射鏡在被測物體的位移方向上移動，并觀測光電探測器，當(dāng)光電探測器檢測到最強(qiáng)相長干涉時，停止精密位移裝置，并讀取精密位移裝置為測量平面反射鏡提供的位移值A(chǔ)L。
[0011]若位移AL與被測物體的位移方向相同，則，被測物體實(shí)際產(chǎn)生的位移值L= NXλ/2+(λ/2_Λυ，其中Λ?<λ/2，式中λ為激光波長；
[0012]若位移AL與被測物體的位移方向相反，則，被測物體實(shí)際產(chǎn)生的位移值L= NX λ/2+AL，其中Λ?<λ/2，式中λ為激光波長。
[0013]如此，通過上述結(jié)構(gòu)，將被測物體實(shí)際位移中超出半個激光波長的小數(shù)部分AL也測量出來補(bǔ)充到位移檢測結(jié)果中，進(jìn)而使得本申請的激光干涉儀所測量得到的位移結(jié)果更加精確，其精確度高于半個激光波長，具體取決于精密位移裝置所能提供的位移精度。
[0014]作為本申請的優(yōu)選方案，所述精密位移裝置包括支撐平臺和設(shè)置在所述支撐平臺上的驅(qū)動裝置，所述支撐平臺與所述被測物體相配合，所述驅(qū)動裝置為所述測量平面反射鏡提供在被測物體位移方向上的位移。
[0015]作為本申請的優(yōu)選方案，所述驅(qū)動裝置為壓電陶瓷型驅(qū)動裝置。
[0016]在本方案中，采用壓電陶瓷型驅(qū)動裝置能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料，其在電場作用下產(chǎn)生的形變量很小，最多不超過本身尺寸的千萬分之一的微小位移，具有良好的往復(fù)形變恢復(fù)能力，穩(wěn)定性好、精度高，進(jìn)一步提高了本申請精密位移裝置的精確性和可靠性。
[0017]作為本申請的優(yōu)選方案，所述精密位移裝置還包括設(shè)置在所述支撐平臺上的第一位移件和設(shè)置在所述第一位移件上的第二位移件，所述驅(qū)動裝置與所述第一位移件相配合，為所述第一位移件提供沿所述支撐平臺的位移，所述第一位移件具有一相對于其位移方向傾斜的斜面，所述第二位移件滑動設(shè)置在所述第一位移件的斜面上，使所述第二位移件可沿所述第一位移件的斜面滑動，所述第一位移件與第二位移件之間貼緊配合，所述測量平面反射鏡設(shè)置在所述第二位移件上，所述支撐平臺上還設(shè)置有約束裝置，所述約束裝置限制所述第二位移件沿所述第一位移件位移方向上的運(yùn)動，使得當(dāng)?shù)谝晃灰萍凰鲵?qū)動裝置帶動而產(chǎn)生位移時，所述第二位移件被所述第一位移件帶動而產(chǎn)生位移，并且，所述第二位移件的位移方向與所述第一位移件的位移方向相垂直，所述第一位移件的斜面與其位移方向的夾角為A度，0〈A〈45。
[0018]在本申請的上述方案中，驅(qū)動裝置與第一位移件相配合，為第一位移件提供沿支撐平臺的位移，第一位移件具有一相對于其位移方向傾斜的斜面，第二位移件滑動設(shè)置在第一位移件的斜面上，使第二位移件可沿第一位移件的斜面滑動，在精密位移裝置工作時，驅(qū)動裝置提供一定的位移量推動第一位移件，此時，由于約束裝置限制第二位移件沿第一位移件位移方向上的運(yùn)動，使第二位移件的位移方向與第一位移件的位移方向相垂直，如此，第二位移件的位移量與驅(qū)動裝置為第一位移件提供的位移量相關(guān)，還與第一位移件的斜面與其位移方向的夾角相關(guān)。
[0019]S卩，設(shè)第一位移件的斜面與其位移方向的夾角為A度，當(dāng)驅(qū)動裝置提供的位移量為X時，第二位移件在垂直于驅(qū)動裝置運(yùn)動方向上產(chǎn)生的位移量即為Y = Xtan(A),如此，當(dāng)夾角A小于45度時，將得到一個小于X值的位移量，當(dāng)進(jìn)一步的減小夾角A時，位移量Y也隨之減小，如此，使得在本申請的方案中，精密位移裝置通過以行程換精度的方式，直接提高了本申請精密位移裝置的精度，也就進(jìn)一步的提高了本申請激光干涉儀的測量精度。
[0020]作為本申請的優(yōu)選方案，所述第一位移件與所述支撐平臺之間還設(shè)置有具有磁性的磁性件，所述第二位移件具有磁性，所述第二位移件與所述磁性件為異性相吸狀態(tài)。使得第一位移件在被推動時，能夠保持與第二位移件緊密貼合，保證本申請精密位移裝置的精度，進(jìn)而保證本申請激光干涉儀的測量精度。
[0021]作為本申請的優(yōu)選方案，所述第二位移件上還設(shè)置有彈性元件。使得第一位移件在被推動時，能夠保持與第二位移件處于接觸狀態(tài)，保證本申請精密位移裝置的精度，進(jìn)而保證本申請激光干涉儀的測量精度。
[0022]作為本申請的優(yōu)選方案，所述第二位移件與所述測量平面反射鏡為一體式結(jié)構(gòu)。
[0023]在上述方案中，第二位移件與測量平面反射鏡為一體式結(jié)構(gòu)，也就是說，直接在第二位移件上設(shè)置一反射面，使其本身形成測量平面反射鏡，如此，簡化了本申請激光干涉儀的結(jié)構(gòu)，方便調(diào)試和使用。
[0024]在實(shí)際測量環(huán)境中，激光干涉儀的測量精度還受實(shí)際測量環(huán)境的影響，由于在實(shí)際測量環(huán)境中，空氣的溫度、濕度以及氣壓的變化，都會導(dǎo)致空氣介質(zhì)的變化，進(jìn)而使得激光的波長也會發(fā)生變