專利名稱：基于合成波長的激光波長測量方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及激光波長測量方法及裝置，尤其是涉及一種基于合成波長的激光波長 測量方法及裝置。
背景技術：
在激光技術研究及應用領域，激光波長的準確值是一個非常重要的參數(shù)。在幾何 測量技術領域，大量地采用激光器作為相干光源測量位移、速度、角度、平面度及直線度等 幾何量，因此精確地檢測激光器的波長是保證這些幾何量測量準確性和量值溯源的關鍵。 在光譜學領域，要把可調諧激光器調諧至需要的波長，也必需一種精密、快速的激光波長測 量裝置。另外在光頻標研究領域，對光頻標本身的波長或頻率值的測量也是必需的，光頻標 波長或頻率的精確值是保證其他計量結果準確性的關鍵。目前，國內(nèi)外采用干涉技術進行激光波長測量的方法主要有法布里-珀羅干涉 型、斐索干涉型和邁克爾遜干涉型。法布里_珀羅波長計是利用光束通過兩塊鍍以高反射 率、間距一定的玻璃板時產(chǎn)生多光束干涉的現(xiàn)象進行待測激光波長的測量，測量精度能達 到10_7，但是測量波長范圍較窄。斐索波長計是一種薄膜雙光束干涉，入射光進入標準具后 其前后兩個反射面返回兩束光，并產(chǎn)生干涉條紋，最終由接收面光強分布及干涉級次可測 得入射光的波長，測量精度受光學器件性能、機械振動和溫度變化影響較大。邁克爾遜波 長計是通過計算參考光和待測光的干涉條紋數(shù)之比來求得待測光的波長，即NkZX =Xu/ λ k(其中，Nk是參考激光的干涉條紋數(shù)，Nu是待測激光的干涉條紋數(shù)，λ υ為待測激光的波 長，λ κ為參考激光的波長)，該方法能達到10_7 10_8的測量精度，但是為了提高測量精度， 必須增加干涉條紋的計數(shù)值或者采用條紋細分的方法以測量條紋的小數(shù)部分，這會使測量 系統(tǒng)結構復雜，而且成本高。
發(fā)明內(nèi)容
針對精密測量、激光光譜和光頻標研究等技術領域需要高精度的波長，本發(fā)明的 目的在于提供的一種基于合成波長的激光波長測量方法及裝置，是通過檢測參考激光波長 和待測激光波長形成的合成波長值來實現(xiàn)對待測激光波長的測量。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是一、一種基于合成波長的激光波長測量方法參考激光器和待測激光器的光束經(jīng)各自的檢偏器后，成為正交線偏振光，入射到 邁克爾遜干涉儀，形成各自的干涉信號分別由兩個探測器接收；當邁克爾遜干涉儀中的測 量臂移動時，參考光和待測光的干涉信號的相位關系將發(fā)生變化；當這兩路干涉信號相位 差變化2 π時，對應于測量臂移動半個合成波長的位移；因此，通過檢測這兩路干涉信號的 兩次同時過零點的位置，便能測得合成波長值，根據(jù)待測激光波長入 和參考激光波長λκ 與合成波長Xs之間的關系，即能得到待測激光的波長為
<formula>formula see original document page 4</formula>二、一種基于合成波長的激光波長測量裝置參考激光器輸出的光束經(jīng)過透振方向平行于紙面的第一檢偏器后成為平行于紙 面的線偏振光λ κ，射向第一偏振分光鏡；待測激光器輸出的光束經(jīng)過透振方向垂直于紙面 的第二檢偏器后成為垂直于紙面的線偏振光λ ，經(jīng)反射鏡反射后射向第一偏振分光鏡；線 偏振光λ κ透過第一偏振分光鏡后和線偏振光λ 經(jīng)第一偏振分光鏡反射后，合成一束正交 線偏振光，入射到由分光鏡、第一角錐棱鏡和第二角錐棱鏡組成的邁克爾遜干涉儀，形成各 自的干涉信號，經(jīng)第二偏振分光鏡分光后，分別由第一探測器和第二探測器接收；通過檢測 兩路干涉信號兩次同時過零點位置便能測得合成波長值，根據(jù)待測激光波長和參考激光波 長與合成波長之間的關系，即能得到待測激光的波長值。本發(fā)明具有的有益效果是(1)將待測激光波長的測量轉換成易于檢測的測量臂移動位移(即合成波長)的 測量，而不是測量參考激光λ 1；干涉條紋數(shù)和待測激光λ 干涉條紋數(shù)的比值，該方法易于 實現(xiàn)。(2)待測光束和參考光束遵循共光路原則，可抑制環(huán)境因素對測量結果的影響，具 有較強的環(huán)境抗干擾能力，因此，測量精度高，可以達到10_8以上。(3)結構簡單，低成本且易于實用化。
圖1是基于合成波長的激光波長測量原理圖。圖2是入1；與λ 干涉信號相位差與第二角錐棱鏡移動位移關系示意圖。圖中1.參考激光器，2.第一檢偏器，3.待測激光器，4.第二檢偏器，5.反射鏡， 6.第一偏振分光鏡，7.第一角錐棱鏡，8.分光鏡，9.第二角錐棱鏡，10.第二偏振分光鏡， 11.第一探測器，12.第二探測器，V(Xr)表示參考激光器的干涉信號波形，V(Au)表示待 測激光器的干涉信號波形。
具體實施例方式基于合成波長的激光波長測量方法及裝置，如附圖1所示，參考激光器1輸出的光 束經(jīng)過透振方向平行于紙面的第一檢偏器2后成為平行于紙面的線偏振光λ κ，射向第一偏 振分光鏡6 ；待測激光器3輸出的光束經(jīng)過透振方向垂直于紙面的第二檢偏器4后成為垂 直于紙面的線偏振光λ ，經(jīng)反射鏡5反射后射向第一偏振分光鏡6 ；線偏振光入1；透過第一 偏振分光鏡6后和線偏振光λ υ經(jīng)第一偏振分光鏡6反射后，合成一束正交線偏振光，入射 到由分光鏡8、第一角錐棱鏡7和第二角錐棱鏡9組成的邁克爾遜干涉儀，形成各自的干涉 信號，經(jīng)第二偏振分光鏡10分光后，分別由第一探測器11和第二探測器12接收；通過檢測 兩路干涉信號兩次同時過零點位置便能測得合成波長值，根據(jù)待測激光波長和參考激光波 長與合成波長之間的關系，即能得到待測激光的波長值。記Ltl為邁克爾遜干涉儀中參考光路和測量光路的光路差，兩個探測器接收的干涉 信號的相位差分別為識《、(Pu-
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(2)由以上二式可得
<formula>formula see original document page 5</formula>式中λ s為參考光λ R和待測光λ υ形成的合成波長 ^拽⑷當?shù)诙清F棱鏡9即邁克爾遜干涉儀的測量臂移動位移L = λ s/2時，公式(3)變
成
<formula>formula see original document page 5</formula>公式(3)和(5)表明兩路干涉信號相位差變化2 π對應于第二角錐棱鏡9移動 位移L = λ s/2，即可據(jù)此求得合成波長的值<formula>formula see original document page 5</formula>(6)上式的具體實施是參考光λ 待測光λ υ的干涉信號相位差與第二角錐棱鏡9 的移動位移之間的變化關系如附圖2所示，假設第二角錐棱鏡9從A點開始移動，初始相位 差Δρ = 0，β卩X1^n λ 干涉信號同時過零，當?shù)诙清F棱鏡9到達B點時兩路干涉信號再 次同時過零，相位差Δ0再次為0，此時兩路干涉信號相位差變化恰好是2 π，第二角錐棱鏡 9在A點與B點之間移動的位移即為Xs/2。因此，通過檢測兩路干涉信號兩次同時過零點 的位置，可以得出合成波長Xs的值，即公式(6)。根據(jù)公式(4)可得待測激光器的波長為<formula>formula see original document page 5</formula>將公式(6)求出的As和已知的參考激光器的波長入公式(7)，就可以求出 待測激光器的波長。至此完成本發(fā)明。
權利要求
一種基于合成波長的激光波長測量方法，其特征在于參考激光器和待測激光器的光束經(jīng)各自的檢偏器后，成為正交線偏振光，入射到邁克爾遜干涉儀，形成各自的干涉信號分別由兩個探測器接收；當邁克爾遜干涉儀中的測量臂移動時，參考光和待測光的干涉信號的相位關系將發(fā)生變化；當這兩路干涉信號相位差變化2π時，對應于測量臂移動半個合成波長的位移；因此，通過檢測這兩路干涉信號的兩次同時過零點的位置，便能測得合成波長值，根據(jù)待測激光波長λU和參考激光波長λR與合成波長λS之間的關系，即能得到待測激光的波長為 <mrow><msub> <mi>λ</mi> <mi>U</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>λ</mi> <mi>S</mi></msub><msub> <mi>λ</mi> <mi>R</mi></msub> </mrow> <mrow><msub> <mi>λ</mi> <mi>S</mi></msub><mo>±</mo><msub> <mi>λ</mi> <mi>R</mi></msub> </mrow></mfrac><mo>.</mo> </mrow>
2.按權利要求1所述方法的一種基于合成波長的激光波長測量裝置，其特征在于參 考激光器(1)輸出的光束經(jīng)過透振方向平行于紙面的第一檢偏器(2)后成為平行于紙面的 線偏振光XK，射向第一偏振分光鏡(6)；待測激光器(3)輸出的光束經(jīng)過透振方向垂直于 紙面的第二檢偏器(4)后成為垂直于紙面的線偏振光，經(jīng)反射鏡(5)反射后射向第一偏 振分光鏡(6)；線偏振光透過第一偏振分光鏡(6)后和線偏振光經(jīng)第一偏振分光鏡 (6)反射后，合成一束正交線偏振光，入射到由分光鏡(8)、第一角錐棱鏡(7)和第二角錐棱 鏡(9)組成的邁克爾遜干涉儀，形成各自的干涉信號，經(jīng)第二偏振分光鏡(10)分光后，分別 由第一探測器(11)和第二探測器(12)接收；通過檢測兩路干涉信號兩次同時過零點位置 便能測得合成波長值，根據(jù)待測激光波長和參考激光波長與合成波長之間的關系，即能得 到待測激光的波長值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于合成波長的激光波長測量方法及裝置。選用一個波長穩(wěn)定度較高的激光器作為參考激光器，參考激光器的光束和待測激光器的光束被調制為正交線偏振光后，入射同一邁克爾遜干涉儀，分別形成各自的干涉信號。當邁克爾遜干涉儀中的測量臂移動時，參考光和待測光的干涉信號的相位關系將發(fā)生變化，當這兩路干涉信號的相位差變化2π時對應于測量臂移動半個由參考光和待測光形成的合成波長的位移。通過檢測兩路干涉信號兩次同時過零點位置便可測得合成波長值，根據(jù)待測激光波長和參考激光波長與合成波長之間的關系，即可得到待測激光的波長值。本發(fā)明具有較強的環(huán)境抗干擾能力，波長測量精度可以達到10-8以上，成本低，易于實用化。
文檔編號G01J9/02GK101832821SQ20101014013
公開日2010年9月15日 申請日期2010年4月2日 優(yōu)先權日2010年4月2日
發(fā)明者嚴利平, 唐為華, 李超榮, 楊濤, 陳本永 申請人:浙江理工大學