專利名稱：利用外差干涉法對激光波長進(jìn)行測量的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用外差干涉法對激光波長進(jìn)行測量的方法及裝置，屬于激光測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
激光波長測量系統(tǒng)可用于測量可調(diào)諧激光器的輸出波長值，或標(biāo)定未知激光的波長值。
在光學(xué)測量中，激光干涉技術(shù)由其非接觸、高速及可溯源等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用?？烧{(diào)波長激光由于波長可調(diào)，可以產(chǎn)生需要的合成波長鏈，因此在絕對距離干涉測量(無導(dǎo)軌測長)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。但是可調(diào)波長激光(例如可調(diào)半導(dǎo)體激光)由于無法鎖定到自然基準(zhǔn)，所以必須采用激光波長測量系統(tǒng)測量出可調(diào)波長激光的波長值。該激光波長的測量精度將影響到整個系統(tǒng)的最終精度。微納米精密測量系統(tǒng)中，當(dāng)測量精度達(dá)到納米量級，而測量范圍達(dá)到毫米量程時，傳統(tǒng)激光波長測量系統(tǒng)由于其原理所限，精度已難以勝任。提高激光波長的測量精度已成為無法回避的問題。
現(xiàn)有采用傳統(tǒng)原理生產(chǎn)的波長測量儀測量的相對精度最高為1×10-7，參見“光波長測量儀器的分類、原理及研究進(jìn)展”，科技導(dǎo)報第23卷第6期2005年6月。文獻(xiàn)(in-linefiber-optic wavelength meter for sensing/monitoring application，LEO/EUROPE’94THURSDAY AFTERNOON)報道了采用光纖光學(xué)組件進(jìn)行波長測量的新方法；文獻(xiàn)(Near infraredwavemeter in polycrystalline germanium on silicon，Electronics Letters 2nd September1999Vol.35 No.18)介紹了采用陣列式光電探測器分波段探測原理的波長測量新方法、文獻(xiàn)(Wavelength measurement with a Young’s interferometer，Optical Engineering44(8)，083602(August 2005)介紹了采用楊氏干涉原理進(jìn)行波長測量的新方法，以上各種基于新原理的新型波長測量系統(tǒng)，其相對測量精度可達(dá)1×10-8。但建立這些新系統(tǒng)往往要求特殊的零件和工藝，要求很苛刻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用外差干涉法對激光波長進(jìn)行測量的方法及裝置，即應(yīng)用外差干涉原理獲得高精度的激光波長測量值，同時使其具有結(jié)構(gòu)緊湊，測量速度快等特點(diǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下利用外差干涉法對激光波長進(jìn)行測量的方法，其特征在于該方法包括如下步驟1)將被測單頻激光通過移頻裝置調(diào)制成偏振態(tài)互相垂直、光強(qiáng)相等，頻差為Δf的雙頻激光，得到外差信號；2)將標(biāo)準(zhǔn)雙頻激光和經(jīng)步驟1)調(diào)制的被測激光分別分出一部分作為其自身外差干涉的參考光，通過探測器接收后，分別作為標(biāo)準(zhǔn)激光和被測激光的參考信號；被測激光與標(biāo)準(zhǔn)激光的其余部分作為各自的測量光耦合到同一外差干涉系統(tǒng)中進(jìn)行外差干涉；3)將被測激光與標(biāo)準(zhǔn)激光的外差干涉信號通過探測器接收后，分別作為被測激光與標(biāo)準(zhǔn)激光的外差干涉的測量信號；4)將步驟2)中所述的標(biāo)準(zhǔn)激光和被測激光的參考信號和步驟3)中所述的標(biāo)準(zhǔn)激光和被測激光的測量信號通過相位計轉(zhuǎn)換成被測激光和標(biāo)準(zhǔn)激光在干涉過程中的位相改變量；5)通過公式λx=m0+e0m1+e1·λ0]]>計算得到被測激光的波長值，其中m0、e0分別為標(biāo)準(zhǔn)光外差干涉信號相位的整、小數(shù)周期，λ0為標(biāo)準(zhǔn)激光的波長值；m1、e1分別為被測光外差干涉信號相位的整、小數(shù)周期，λx為被測光波長值。
6)對系統(tǒng)誤差進(jìn)行修正得到修正后的被測光波長值。
本發(fā)明步驟1)中所述的被測單頻激光的調(diào)制方法采用聲光調(diào)制、電光調(diào)制、磁光調(diào)制、光柵調(diào)制、波片調(diào)制、壓電陶瓷調(diào)制或賽曼效應(yīng)分頻。
在本發(fā)明的上述方法中，所述的外差干涉系統(tǒng)中被測光與標(biāo)準(zhǔn)光共光路。
本發(fā)明還提供了一種實施所述方法的裝置，其特征在于該裝置包括移頻裝置，外差干涉系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)，所述的移頻裝置采用聲光調(diào)制裝置，所述的聲光調(diào)制裝置包括設(shè)置在被測光束中的半波片及偏振分光棱鏡，在偏振分光棱鏡分出的兩束光中分別設(shè)置具有頻差Δf的聲光調(diào)制器，將調(diào)制后的兩束光分別通過反射鏡和偏振片合光到分光棱鏡，在分光棱鏡分出的一束光路中設(shè)置與兩偏振方向均成45度的偏振片及探測器接收被測光外差干涉參考信號，另一束入射到外差干涉系統(tǒng)；所述的外差干涉系統(tǒng)包括被測光路和標(biāo)準(zhǔn)光路，所述的被測光路包括設(shè)置在被測光束中的輸入光欄，偏振分光棱鏡，分別設(shè)置在從偏振分光棱鏡B點(diǎn)分出的兩束光中的反射鏡以及設(shè)置在該兩個反射鏡之間的活動反射鏡，經(jīng)反射后在偏振分光棱鏡中A點(diǎn)合光，在合光后的光束中設(shè)置與兩偏振方向均成45度的偏振片及探測器；所述的標(biāo)準(zhǔn)光路包括標(biāo)準(zhǔn)光雙頻激光器，設(shè)置在標(biāo)準(zhǔn)光光路中分光棱鏡，在分光棱鏡分出的一束光中設(shè)置與兩偏振方向均成45度的偏振片及探測器接收標(biāo)準(zhǔn)光外差干涉參考信號，在另一束光中設(shè)置反射鏡將標(biāo)準(zhǔn)光反射入偏振分光棱鏡中A點(diǎn)且與被測光耦合，此反射光經(jīng)過與被測光相同光路的傳播后在偏振分光棱鏡中的B點(diǎn)合光，在合光后光束中設(shè)置與兩偏振方向均成45度的偏振片及探測器接收標(biāo)準(zhǔn)光外差干涉測量信號；所述的信號處理系統(tǒng)包括濾波放大電路和與該濾波放大電路的輸出端相連的相位計。
本發(fā)明提供的另一種實施所述方法的裝置，其特征在于該裝置包括移頻裝置，外差干涉系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)，所述的移頻裝置采用光柵調(diào)制裝置，所述的光柵調(diào)制裝置包括設(shè)置在被測光束中的半波片及偏振分光棱鏡，在偏振分光棱鏡分出的一束光中設(shè)置轉(zhuǎn)動光柵，光柵調(diào)制后的光束以及另一束未進(jìn)行光柵調(diào)制的光束中分別設(shè)置反射鏡和偏振片合光到分光棱鏡，分光棱鏡分出的一束光中設(shè)置與兩偏振方向均成45度的偏振片及探測器接收被測光外差干涉參考信號，另一束入射到外差干涉系統(tǒng)；所述的外差干涉系統(tǒng)包括被測光路和標(biāo)準(zhǔn)光路，所述的被測光路包括設(shè)置在被測光束中的輸入光欄，偏振分光棱鏡，分別設(shè)置在從偏振分光棱鏡B點(diǎn)分出的兩束光中的反射鏡以及設(shè)置在該兩個反射鏡之間的活動反射鏡，經(jīng)反射后在偏振分光棱鏡中A點(diǎn)合光，在合光后的光束中設(shè)置與兩偏振方向均成45度的偏振片及探測器；所述的標(biāo)準(zhǔn)光路包括標(biāo)準(zhǔn)光雙頻激光器，設(shè)置在標(biāo)準(zhǔn)光光路中分光棱鏡，在分光棱鏡分出的一束光中設(shè)置與兩偏振方向均成45度的偏振片及探測器接收標(biāo)準(zhǔn)光外差干涉參考信號，在另一束光中設(shè)置反射鏡將標(biāo)準(zhǔn)光反射入偏振分光棱鏡中A點(diǎn)且與被測光耦合，此反射光經(jīng)過與被測光相同光路的傳播后在偏振分光棱鏡中的B點(diǎn)合光，在合光后光束中設(shè)置與兩偏振方向均成45度的偏振片及探測器接收標(biāo)準(zhǔn)光外差干涉測量信號；所述的信號處理系統(tǒng)包括濾波放大電路和與該濾波放大電路的輸出端相連的相位計。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果激光波長測量的外差干涉法方法和裝置首次將外差干涉原理應(yīng)用于波長測量系統(tǒng)，提高了波長測量精度，減小了干涉信號背景噪聲的影響，系統(tǒng)相對簡單易于構(gòu)建。同時由于不需要傳統(tǒng)波長測量中必須找到由標(biāo)準(zhǔn)激光和被測激光產(chǎn)生的兩組脈沖正好重合的起點(diǎn)和終點(diǎn)兩個位置，因此可以極大縮短干涉儀臂長變化量，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，測量速度加快，減少測量過程中的干擾。


圖1為本發(fā)明提供的利用外差干涉法對激光波長進(jìn)行測量裝置的原理結(jié)構(gòu)圖。
圖2為采用聲光調(diào)制方法產(chǎn)生雙頻激光的原理結(jié)構(gòu)圖。
圖3為采用轉(zhuǎn)動光柵調(diào)制方法產(chǎn)生雙頻激光的原理結(jié)構(gòu)圖。
圖中1-半波片；2a、2b、2c-偏振分光棱鏡；3-第一聲光調(diào)制器；4-第二聲光調(diào)制器5a、5b、5c、5d、5e、5f、5g、5h、5i-偏振片；6a、6b、6c、6d-探測器；7-輸入光欄；8-雙頻激光器(參考光)；9-活動反射鏡；10-分光棱鏡；11a、11b、11c、11d、11e、11f、11g-反射鏡；12-轉(zhuǎn)動圓光柵。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的方法及裝置作進(jìn)一步的說明。
本發(fā)明提供的方法為先將被測單頻激光通過移頻裝置調(diào)整成偏振方向互相垂直、光強(qiáng)相等，頻差為Δf的雙頻激光，得到外差信號，調(diào)制方法可采用聲光調(diào)制、電光調(diào)制、磁光調(diào)制、光柵調(diào)制、波片調(diào)制、壓電陶瓷調(diào)制或賽曼效應(yīng)分頻。將經(jīng)過穩(wěn)頻的已知波長為λ0的標(biāo)準(zhǔn)激光也形成雙頻激光(例如在標(biāo)準(zhǔn)激光器上加磁場，利用賽曼效應(yīng)(Zeeman)使其發(fā)出的激光為雙頻激光)。將上述經(jīng)過移頻成為雙頻激光的標(biāo)準(zhǔn)激光和被測激光分別分出一部分作為其自身外差干涉的參考光，通過探測器接收后，作為外差干涉的參考信號；被測激光與標(biāo)準(zhǔn)激光的其余部分作為各自的測量光耦合到同一外差干涉系統(tǒng)中進(jìn)行外差干涉；在干涉系統(tǒng)中被測激光與標(biāo)準(zhǔn)激光共光路以減小環(huán)境影響；經(jīng)過干涉系統(tǒng)后得到的外差干涉信號由探測器接收，作為被測激光與標(biāo)準(zhǔn)激光外差干涉的測量信號。將標(biāo)準(zhǔn)激光和被測激光的外差干涉參考信號和外差干涉測量信號通過相位計得到標(biāo)準(zhǔn)波長激光和被測激光的位相改變量。比較兩激光外差信號的位相改變量，可獲得被測激光波長值。設(shè)干涉儀臂長變化過程中標(biāo)準(zhǔn)激光的干涉信號相位變化量為(m0+e0)·2π，而被測激光的的干涉信號相位變化量為(m1+e1)·2π，其中m0、e0分別為標(biāo)準(zhǔn)激光干涉信號的相位變化周期數(shù)的整數(shù)和小數(shù)部分，m1、e1分別為被測激光干涉信號相位變化周期數(shù)的整數(shù)和小數(shù)部分。由于標(biāo)準(zhǔn)波長激光和被測激光耦合到同一干涉儀，干涉儀臂長發(fā)生變化時，二者光程變化量相同，因此有(m0+e0)·λ0＝(m1+e1)·λx其中λ0為標(biāo)準(zhǔn)激光的波長，λx為被測光波長。根據(jù)上式被測激光波長可寫成λx=m0+e0m1+e1·λ0]]>其中m0、e0、m1、e1通過干涉信號相位測量測出，λ0為標(biāo)準(zhǔn)激光的波長為已知數(shù)，由此可得到被測激光的波長。將此波長值進(jìn)行系統(tǒng)誤差修正得到最終被測激光波長值。
圖1為本發(fā)明提供的利用外差干涉法對激光波長進(jìn)行測量裝置的原理結(jié)構(gòu)圖。該裝置包括移頻裝置，外差干涉系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)，所述的移頻裝置可采用聲光調(diào)制、電光調(diào)制、磁光調(diào)制、光柵調(diào)制、波片調(diào)制、壓電陶瓷調(diào)制或賽曼效應(yīng)分頻。所述的外差干涉系統(tǒng)包括被測光路和標(biāo)準(zhǔn)光路，所述的被測光路包括設(shè)置在被測光束中的輸入光欄7，偏振分光棱鏡2b，分別設(shè)置在從偏振分光棱鏡B點(diǎn)分出的兩束光中的反射鏡11b、反射鏡11c以及設(shè)置在該兩個反射鏡之間的活動反射鏡9，經(jīng)反射后在偏振分光棱鏡2b中A點(diǎn)合光，在合光后的光束中設(shè)置與兩偏振方向均成45度的偏振片5e及探測器6b；所述的標(biāo)準(zhǔn)光路包括標(biāo)準(zhǔn)光雙頻激光器8，設(shè)置在標(biāo)準(zhǔn)光光路中分光棱鏡10b，在分光棱鏡分出的一束光中設(shè)置與兩偏振方向均成45度的偏振片5d及探測器6c接收標(biāo)準(zhǔn)光外差干涉參考信號，在另一束光中設(shè)置反射鏡11e將標(biāo)準(zhǔn)光反射入偏振分光棱鏡2b中A點(diǎn)且與被測光耦合，此反射光經(jīng)過與被測光相同光路的傳播后在偏振分光棱鏡2b中的B點(diǎn)合光，在合光后光束中設(shè)置與兩偏振方向均成45度的偏振片5f及探測器6d接收標(biāo)準(zhǔn)光外差干涉測量信號；所述的信號處理系統(tǒng)包括濾波放大電路和與該濾波放大電路的輸出端相連的相位計。
經(jīng)過移頻裝置調(diào)制后成為雙頻激光的被測光，通過輸入光欄7進(jìn)入偏振分光棱鏡2b。在偏振分光棱鏡2b中B點(diǎn)分為兩束偏振方向互相垂直帶有頻差Δf的偏振光。兩束光分別通過反射鏡11c、反射鏡11d射入活動反射鏡9，并再此反射到反射鏡11c、反射鏡11d，經(jīng)由其反射回偏振分光棱鏡2b，兩束光在偏振分光棱鏡2b中的A點(diǎn)合光，由兩束光的偏振態(tài)可知合光后只有一束出射光。合光后的出射光通過一塊與兩偏振態(tài)均成45度的偏振片5e，使兩個偏振態(tài)干涉，由探測器6b接收，作為被測光外差干涉的測量信號。
作為與被測激光進(jìn)行對比的標(biāo)準(zhǔn)激光，由一個雙頻激光器8發(fā)出。標(biāo)準(zhǔn)激光為兩個偏振方向互相垂直的雙頻激光，具有fc的頻差，頻率穩(wěn)定度高于10-9。標(biāo)準(zhǔn)激光經(jīng)過分光棱鏡10b分為兩束，其中一束通過一塊與兩偏振方向均成45度的偏振片5d，使兩個偏振態(tài)干涉，由探測器6c接收，作為標(biāo)準(zhǔn)激光外差干涉的參考信號。另一束光通過反射鏡11e反射到偏振分光棱鏡2b中的A點(diǎn)，要求此反射光與經(jīng)A點(diǎn)的被測光共光路。在A點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)激光分出兩束偏振方向互相垂直，互相之間有fc頻差的偏振光。此兩束光經(jīng)過與被測激光相同的光路后在偏振分光棱鏡2b的B點(diǎn)合光，由兩束光的偏振態(tài)可知合光后只有一束出射光。合光后的出射光通過一塊與兩個偏振方向均成45度的偏振片5f，使兩個偏振態(tài)干涉，由探測器6d接收，作為標(biāo)準(zhǔn)激光外差干涉的測量信號。
外差干涉信號相位探測系統(tǒng)先將被測激光與標(biāo)準(zhǔn)激光的參考信號和測量信號經(jīng)過探測器轉(zhuǎn)換為電信號。經(jīng)過信號處理電路放大、濾波，輸入相位計。在相位計中探測器6a、探測器6b接收到的被測光外差干涉的參考光干涉信號與測量光干涉信號進(jìn)行比相，獲得被測光外差干涉系統(tǒng)的相位。探測器6c、探測器6d接收到的標(biāo)準(zhǔn)光外差干涉的參考光干涉信號與測量光干涉信號進(jìn)行比相，獲得標(biāo)準(zhǔn)光外差干涉系統(tǒng)的相位。
當(dāng)活動反射鏡9在沿光路方向移動時，將使被測光與標(biāo)準(zhǔn)激光的干涉測量部分均產(chǎn)生相同的光程差，由此改變了被測光與標(biāo)準(zhǔn)激光測量信號的相位。通過計算機(jī)記錄活動反射鏡移動時相位計所得到的被測光與標(biāo)準(zhǔn)激光的相位變化量。換算成干涉信號的整、小數(shù)周期，通過公式λx=m0+e0m1+e1·λ0]]>得到被測波長值。其中m0、e0分別為標(biāo)準(zhǔn)光拍波干涉信號的整、小數(shù)周期，λ0為標(biāo)準(zhǔn)激光的光波長。m1、e1分別為被測光拍波干涉信號的整、小數(shù)周期，λx為被測光波長。
圖2為采用聲光調(diào)制方法產(chǎn)生雙頻激光的原理結(jié)構(gòu)圖。被測激光由于本身存在偏振態(tài)，因此先經(jīng)過一個半波片1成為圓偏振光。圓偏振光經(jīng)過偏振分光棱鏡2a分為兩束光強(qiáng)相等，偏振方向互相垂直的線偏振光。兩束光分別經(jīng)過具有頻差為Δf的第一聲光調(diào)制器3與第二聲光調(diào)制器4進(jìn)行頻率移動，產(chǎn)生Δf的頻差。調(diào)制后的兩光束分別經(jīng)過反射鏡11a、反射鏡11b反射后通過偏振片5a和偏振片5b使兩束激光偏振方向互相垂直，然后進(jìn)入分光棱鏡10a合光，得到頻差為Δf的雙頻激光。經(jīng)過分光棱鏡10a出來的兩路光，其中一路通過與兩個偏振方向均成45度的偏振片5c使兩個偏振態(tài)發(fā)生干涉，干涉信號由探測器6a接收，作為被測光外差干涉的參考信號。另一路作為被測光外差干涉的測量光進(jìn)入外差干涉系統(tǒng)。
圖3為采用轉(zhuǎn)動光柵調(diào)制方法產(chǎn)生雙頻激光的原理結(jié)構(gòu)圖。被測激光由于本身存在偏振態(tài)，因此先經(jīng)過一個半波片1成為圓偏振光。圓偏振光經(jīng)過偏振分光棱鏡2c分為兩束光強(qiáng)相等，偏振方向互相垂直的線偏振光。其中一束光經(jīng)過轉(zhuǎn)動圓光柵12使其頻率改變Δf。之后兩束光分別經(jīng)過反射鏡11g、反射鏡11f反射后，通過偏振片使兩束激光偏振方向互相垂直，然后進(jìn)入分光棱鏡10c合光，得到頻差為Δf的雙頻激光。經(jīng)過分光棱鏡10c出來的兩路光，其中一路通過一塊與兩個偏振方向均成45度的偏振片5i使兩個偏振態(tài)發(fā)生干涉，干涉信號由探測器6a接收，作為被測光外差干涉的參考信號。另一路作為被測光外差干涉的測量光進(jìn)入外差干涉系統(tǒng)。
由于測量過程中引入了系統(tǒng)誤差，因此在得到被測光波長值后要進(jìn)行系統(tǒng)誤差修正。系統(tǒng)誤差主要由移頻時引入的誤差及外差干涉系統(tǒng)中引入的誤差組成。其中移頻時引入的誤差需根據(jù)所采取的移頻方式進(jìn)行計算，例如當(dāng)采用聲光調(diào)制實現(xiàn)移頻時由于一對聲光調(diào)制器對待測波長進(jìn)行了整體的移頻，因此需在被測光波長值換算成的被測光頻率中減去移頻所產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差。修正公式為f=f0+fAOM1+fAOM22]]>(其中f0為未修正前的波長值換算成的頻率值，fAOM1、fAOM2分別為兩個聲光調(diào)制器的調(diào)制頻率)。
舉例說明假設(shè)通過測量得到的波長值為λ0＝600.000000nm，一對聲光調(diào)制器的調(diào)制頻率為40MHz和40.8MHz，將λ0＝600.000000nm換算成頻率值為f0=Cλ0=299792458m/s600.000000nm=4.99654097×1014Hz]]>(其中C為光在真空中的速度)。
經(jīng)過修正公式修正f=f0+fAOM1+fAOM22=4.99654097×1014Hz+4.00+4.082×107Hz=4.99654137×1014Hz]]>將修正后的頻率換算回波長值λ=cf=299792458m/s4.99654137×1014Hz=599.999952nm]]>此結(jié)果修正了由聲光調(diào)制器引起的系統(tǒng)誤差。
修正外差干涉系統(tǒng)中的系統(tǒng)誤差主要是修正空氣折射率引起的誤差?？砂凑粘Ｓ玫男拚諝庹凵渎实腅dlen公式進(jìn)行修正。Edlen公式為(n-1)s=[8342.13+2406030(130-σ2)-1+15997(38.9-σ2)-1]×10-8]]>(n-1)tp=P(n-1)s720.775×1+P(0.817-0.0133t)×10-6(1+0.03661t)]]>ntpf-ntp=-f(5.7224-0.0457σ2)×10-8]]>經(jīng)過上述修正后的結(jié)果為被測激光的最終測量波長值。
權(quán)利要求
1.利用外差干涉法對激光波長進(jìn)行測量的方法，其特征在于該方法包括如下步驟1)將被測單頻激光通過移頻裝置調(diào)制成偏振態(tài)互相垂直、光強(qiáng)相等，頻差為Δf的雙頻激光，得到外差信號；2)將標(biāo)準(zhǔn)雙頻激光和經(jīng)步驟1)調(diào)制的被測激光分別分出一部分作為其自身外差干涉的參考光，通過探測器接收后，分別作為標(biāo)準(zhǔn)激光和被測激光的參考信號；被測激光與標(biāo)準(zhǔn)激光的其余部分作為各自的測量光耦合到同一外差干涉系統(tǒng)中進(jìn)行外差干涉；3)將被測激光與標(biāo)準(zhǔn)激光的外差干涉信號通過探測器接收后，分別作為被測激光與標(biāo)準(zhǔn)激光的外差干涉的測量信號；4)將步驟2)中所述的標(biāo)準(zhǔn)激光和被測激光的參考信號和步驟3)中所述的標(biāo)準(zhǔn)激光和被測激光的測量信號通過相位計轉(zhuǎn)換成被測激光和標(biāo)準(zhǔn)激光在干涉過程中的位相改變量；5)通過公式λx=m0+e0m1+e1·λ0]]>計算得到被測激光的波長值，其中m0、e0分別為標(biāo)準(zhǔn)光外差干涉信號相位的整、小數(shù)周期，λ0為標(biāo)準(zhǔn)激光的波長值；m1、e1分別為被測光外差干涉信號相位的整、小數(shù)周期，λx為被測光波長值；6)對系統(tǒng)誤差進(jìn)行修正得到修正后的被測光波長值。
2.按照權(quán)利要求1所述的利用外差干涉法對激光波長進(jìn)行測量的方法，其特征在于步驟1)中所述的被測單頻激光的調(diào)制方法采用聲光調(diào)制、電光調(diào)制、磁光調(diào)制、光柵調(diào)制、波片調(diào)制、壓電陶瓷調(diào)制或賽曼效應(yīng)分頻。
3.按照權(quán)利要求1所述的利用外差干涉法對激光波長進(jìn)行測量的方法，其特征在于所述的外差干涉系統(tǒng)中被測光與標(biāo)準(zhǔn)光共光路。
4.一種實施如權(quán)利要求1所述方法的裝置，其特征在于該裝置包括移頻裝置，外差干涉系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)，所述的移頻裝置采用聲光調(diào)制裝置，所述的聲光調(diào)制裝置包括設(shè)置在被測光束中的半波片(1)及偏振分光棱鏡(2a)，在偏振分光棱鏡分出的兩束光中分別設(shè)置具有頻差Δf的聲光調(diào)制器(3、4)，將調(diào)制后的兩束光分別通過反射鏡(11a、11b)和偏振片(5a、5b)合光到分光棱鏡(10a)，在分光棱鏡(10a)分出的一束光路中設(shè)置與兩偏振方向均成45度的偏振片(5c)及探測器(6a)接收被測光外差干涉參考信號，另一束入射到外差干涉系統(tǒng)；所述的外差干涉系統(tǒng)包括被測光路和標(biāo)準(zhǔn)光路，所述的被測光路包括設(shè)置在被測光束中的輸入光欄(7)，偏振分光棱鏡(2b)，分別設(shè)置在從偏振分光棱鏡B點(diǎn)分出的兩束光中的反射鏡(11b、11c)以及設(shè)置在該兩個反射鏡之間的活動反射鏡(9)，經(jīng)反射后在偏振分光棱鏡(2b)中A點(diǎn)合光，在合光后的光束中設(shè)置與兩偏振方向均成45度的偏振片(5e)及探測器(6b)；所述的標(biāo)準(zhǔn)光路包括標(biāo)準(zhǔn)光雙頻激光器(8)，設(shè)置在標(biāo)準(zhǔn)光光路中分光棱鏡(10b)，在分光棱鏡分出的一束光中設(shè)置與兩偏振方向均成45度的偏振片(5d)及探測器(6c)接收標(biāo)準(zhǔn)光外差干涉參考信號，在另一束光中設(shè)置反射鏡(11e)將標(biāo)準(zhǔn)光反射入偏振分光棱鏡(2b)中A點(diǎn)且與被測光耦合，此反射光經(jīng)過與被測光相同光路的傳播后在偏振分光棱鏡(2b)中的B點(diǎn)合光，在合光后光束中設(shè)置與兩偏振方向均成45度的偏振片(5f)及探測器(6d)接收標(biāo)準(zhǔn)光外差干涉測量信號；所述的信號處理系統(tǒng)包括濾波放大電路和與該濾波放大電路的輸出端相連的相位計。
5.一種實施如權(quán)利要求1所述方法的裝置，其特征在于該裝置包括移頻裝置，外差干涉系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)，所述的移頻裝置采用光柵調(diào)制裝置，所述的光柵調(diào)制裝置包括設(shè)置在被測光束中的半波片(1)及偏振分光棱鏡(2c)，在偏振分光棱鏡分出的一束光中設(shè)置轉(zhuǎn)動光柵(12)，光柵調(diào)制后的光束以及另一束未進(jìn)行光柵調(diào)制的光束中分別設(shè)置反射鏡(11f、11g)和偏振片(5g、5h)合光到分光棱鏡(10c)，分光棱鏡(10c)分出的一束光中設(shè)置偏振片(5i)及探測器(6a)接收被測光外差干涉參考信號，另一束入射到外差干涉系統(tǒng)；所述的外差干涉系統(tǒng)包括被測光路和標(biāo)準(zhǔn)光路，所述的被測光路包括設(shè)置在被測光束中的輸入光欄(7)，偏振分光棱鏡(2b)，分別設(shè)置在從偏振分光棱鏡B點(diǎn)分出的兩束光中的反射鏡(11b、11c)以及設(shè)置在該兩個反射鏡之間的活動反射鏡(9)，經(jīng)反射后在偏振分光棱鏡(2b)中A點(diǎn)合光，在合光后的光束中設(shè)置偏振片(5e)及探測器(6b)；所述的標(biāo)準(zhǔn)光路包括標(biāo)準(zhǔn)光雙頻激光器(8)，設(shè)置在標(biāo)準(zhǔn)光光路中分光棱鏡(10b)，在分光棱鏡分出的一束光中設(shè)置偏振片(5d)及探測器(6c)接收標(biāo)準(zhǔn)光外差干涉參考信號，在另一束光中設(shè)置反射鏡(11e)將標(biāo)準(zhǔn)光反射入偏振分光棱鏡(2b)中A點(diǎn)且與被測光耦合，此反射光經(jīng)過與被測光相同光路的傳播后在偏振分光棱鏡(2b)中的B點(diǎn)合光，在合光后光束中設(shè)置偏振片(5f)及探測器(6d)接收標(biāo)準(zhǔn)光外差干涉測量信號；所述的信號處理系統(tǒng)包括濾波放大電路和與該濾波放大電路的輸出端相連的相位計。
全文摘要
利用外差干涉法對激光波長進(jìn)行測量的方法及裝置，屬于激光測量技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明先將被測單頻激光進(jìn)行移頻，產(chǎn)生雙頻激光，從而得到外差信號。采用外差干涉系統(tǒng)將調(diào)制為雙頻激光后的標(biāo)準(zhǔn)波長激光和被測激光耦合到同一干涉系統(tǒng)中，經(jīng)干涉儀臂長的一段變化，比較兩激光外差信號的位相改變量，獲得被測光波長值。本發(fā)明不同于以往波長測量中采用的單頻干涉測量，單頻干涉測量只能測量、比較單頻激光的干涉條紋的整數(shù)級次，而外差干涉法測量則采用測量、比較激光外差信號的相位改變量，提高了波長測量精度。同時由于采用外差方法，測量信號為交流信號，便于放大、信噪比高，具有從高背景噪聲中提取小信號的優(yōu)勢。
文檔編號G01J9/02GK1892193SQ20061008370
公開日2007年1月10日 申請日期2006年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月28日
發(fā)明者李巖, 王昕 , 張書練 申請人:清華大學(xué)