基于直角棱镜的对角入射光激光外差干涉测量方法与装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103743336103743336A(43)申请公布日2014.04.23(21)申请号201310745960.6(22)申请日2013.12.23(71)申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人胡鹏程谭久彬(51)Int.Cl.G01B9/02(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书3页说明书3页附图1页附图1页(54)发明名称基于直角棱镜的对角入射光激光外差干涉测量方法与装置(57)摘要基于直角棱镜的对角入射光激光外差干涉测量方法与装置属于激光应用技术领域；发明方法采用了两束具有不同频率的空间分离平行光，两平行光束在非偏振分光棱镜上的入射点位于入射面的对角线上，并关于入射面的中心点对称，并采用直角棱镜作为参考棱镜和测量棱镜；该方法最终产生了两个具有相反多普勒频移的干涉测量信号来进行干涉测量；本发明方法及装置消除了干涉仪中的频率混叠现象，提高了外差干涉测量的测量精度，同时将外差干涉测量的分辨率提高了一倍。CN103743336ACN103746ACN103743336A权利要求书1/1页1.一种基于直角棱镜的对角入射光激光外差干涉测量方法，该方法是：(1)频率分别为f1、f2且空间分离的两束平行光束入射到非偏振分光棱镜；其特征在于：(2)所述两束平行光入射到非偏振分光棱镜上的入射点位于入射面的对角位置；(3)频率为f1的光束被非偏振分光棱镜分为参考光束和测量光束两部分，同时频率为f2的光束也被非偏振分光棱镜分为参考光束和测量光束两部分；(4)频率分别为f1、f2的两束参考光束入射到参考直角棱镜，并被反射回非偏振分光棱镜；同时频率分别为f1、f2的两束测量光束入射到目标端直角棱镜，并被反射回非偏振分光棱镜；(5)调节参考直角棱镜和目标端直角棱镜，使频率为f1的参考光束与频率为f2的测量光束重合并产生干涉信号Im1；使频率为f2的参考光束与频率为f1的测量光束重合并产生干涉信号Im2；根据两干涉信号Im1、Im2计算出目标端直角棱镜的位移量。2.一种基于直角棱镜的对角入射光激光外差干涉测量装置，该装置包括非偏振分光棱镜(1)、参考直角棱镜(2)、光电探测器A(4)、光电探测器B(5)，所述参考直角棱镜(2)位于非偏振分光棱镜(1)反射光输出端；所述非偏振分光棱镜(1)输出两路干涉测量光束，在其中一路干涉测量光束光路上配置光电探测器A(4)，在另一路干涉测量光束光路上配置光电探测器B(5)；其特征在于该装置还包括目标端直角棱镜(3)，所述目标端直角棱镜(3)位于非偏振分光棱镜(1)的透射光输出端。2CN103743336A说明书1/3页基于直角棱镜的对角入射光激光外差干涉测量方法与装置技术领域[0001]本发明属于激光应用技术领域，主要涉及一种基于直角棱镜的对角入射光激光外差干涉测量方法与装置。背景技术[0002]激光外差干涉测量因其具有抗干扰能力强、测量范围大、信噪比高和易于实现高精度等特点而被广泛应用于超精密加工、光刻机以及三坐标测量机等领域。随着超精密工程的不断发展，对加工精度提出越来越高的要求；同时也对外差干涉测量的测量精度和分辨率都提出了新的挑战。[0003]在激光外差干涉测量中，非线性误差严重限制了测量精度和分辨率的进一步提高，国内外学者对激光外差干涉非线性误差进行了大量的研究。非线性误差源于干涉光路中的光学混叠，传统的干涉测量系统无法避免干涉测量中的光学混叠，限制了其测量精度和分辨率的提高。[0004]T.L.Schmitz和J.F.Beckwith提出了一种干涉仪改造的方法(Ascousto-opticdisplacement-measureinginterferometer：anewheterodyneinterferometerwithAnstromlevelperiodicerror.JournalofModernOptics49，pages2105-2114)。相较于传统的测量方法，该方法将声光移频器作为分光镜，将测量光束和参考光束进行分离。该方法可以减小参考光和测量光的频率混叠，有利于减小测量的非线性误差，从而提高测量精度和分辨率。但是，该装置结构复杂且特殊，无法广泛应用于超精密加工与测量中。[0005]Ki-NamJoo等研制了一种新型激光干涉测量结构(Simpleheterodynelaserinterferometerwithsubnanometerperiodicerrors.OpticsLetters/Vol.34，No.3/February1，2009)。该结构是参考光束与测量光束在空间上分离，消除了干涉测量中的频率混叠，完全消除非线