分別垂直射入對應(yīng)一個反射薄片36，每個反射薄片36將每束激光反射到對應(yīng)的光電探測器件；激光源I發(fā)出的對應(yīng)激光束經(jīng)過分光鏡2透射后，分別垂直入射到移動反射鏡4后再反射到對應(yīng)的光電探測器件。需要說明的是，文中的λ為激光源I發(fā)出的激光波長，激光源I發(fā)出的每束激光波長均一樣。
[0025]該激光干涉儀的激光源I發(fā)出的激光束數(shù)量、階梯面平面數(shù)量和光電探測器組5的光電探測器件數(shù)量均為n(n ^ 2)，且為一一對應(yīng)，即激光源I發(fā)射的每束激光均分為兩路，一路激光通過分光鏡2反射到固定反射鏡3的階梯面的其中一個平面后，反射回分光鏡2再入射到光電探測器組5上的其中一個光電探測器件，另一路激光直接在分光鏡2內(nèi)透射后垂直入射到移動反射鏡4后再反射到分光鏡2，分光鏡2再將其反射到同一個光電探測器件，該光電探測器件即能探測到這兩路光程差在移動反射鏡4發(fā)生位移過程中是否產(chǎn)生干涉狀態(tài)，即相長干涉或相消干涉。由于固定反射鏡3上的階梯面，所以激光源I發(fā)射的各束激光通過固定反射鏡3的階梯面反射后的光路的光程是不相同的，同時激光源I發(fā)射的每束激光分成兩路后到達(dá)對應(yīng)的光電探測器組5后的光程差值均不相同，能夠發(fā)生干涉現(xiàn)象不僅和激光的波長有關(guān)，還和階梯面的平面高度差值有關(guān)系，由于該階梯面的相鄰兩個平面高度差值h等于λ/2n+k λ/2，因此，只要移動反射鏡4進(jìn)行移動λ/2η的距離或整數(shù)倍于λ/2η的距離，該光電探測器上的光電探測器組5均有其中一個能夠檢測出其處于最強(qiáng)激光干涉狀態(tài)，故該激光干涉儀的檢測精度則變?yōu)棣?2η，相對于現(xiàn)有的激光干涉儀只能檢測精度為激光波長λ而言，該測量精度得到了顯著提高，該測量精度即由固定反射鏡3的階梯面的相鄰兩個階梯平面的間距(也可稱為高度或厚度)以及激光源I的激光波長決定。
[0026]該固定反射鏡3包括平面反射鏡本體35以及η-l個厚度h相同的反射薄片36組合而成，每個所述反射薄片36的厚度h為λ /2n。該階梯面通過η-l個厚度h相同的反射薄片36疊加在平面反射鏡本體35上而成，平面反射鏡本體35為表面為平面的激光干涉儀用普通反射鏡，其中每個反射薄片36的厚度h均為λ/2η。同時，該平面反射鏡本體35以及η-l個厚度h相同的反射薄片36可以為一體成型體，避免分塊的反射薄片36連接在一起產(chǎn)生的相鄰兩個反射薄片36形成的兩個階梯平面的高度誤差。
[0027]如圖2所示，所有的激光源I發(fā)出的η個激光束等距分布，此時，選擇η = 4，k =0，激光源I發(fā)出的激光束分別為激光束一 11、激光束二 12、激光束三13、激光束四14，且相鄰兩個激光束的間距d等于激光波長的整數(shù)倍。選擇663納米的激光波長，相鄰激光源I發(fā)出的相鄰激光束的間距d為4毫米。對應(yīng)的光電探測器組5接收激光的光電探測器件也分別為四個，即光電探測器件一 51、光電探測器件二 52、光電探測器件三53、光電探測器件四54。
[0028]此時，固定反射鏡3上的階梯型反射平面也相應(yīng)選為四個，即反射平面一 31、反射平面二 32、反射平面三33、反射平面四34，如圖3所示，選用四個反射平面成階梯型平面以便于加工和降低成本。該光程路線為激光束一 11發(fā)出的激光在分光鏡2分成兩路，一路被分光鏡2反射后入射到固定反射鏡3，被反射平面一 31反射到分光鏡2后再透射并入射到光電探測器件一 51，該激光的另一路則直接在分光鏡2透射后入射到移動反射鏡4，被反射到分光鏡2后，分光鏡2再次將該激光反射至光電探測器件一 51。以此類推，其他的激光束二 12、激光束三13、激光束四14分別被反射平面二 32、反射平面三33、反射平面四34反射，并分別被光電探測器件二 52、光電探測器件三53、光電探測器件四54接收。根據(jù)計算，由于采用了四個階梯型反射平面，相鄰兩個反射平面的高度差為λ /8，因此通過激光束一11、激光束二 12、激光束三13、激光束四14所發(fā)出的激光經(jīng)過固定反射鏡3反射后的光程差值分別為 B1 λ、a2 λ - λ /4、a3 λ - λ /2、a4 λ -3 λ /4，其中 a” a2、a3、a4為自然數(shù)。
[0029]當(dāng)激光束一 11正處于最強(qiáng)干涉狀態(tài)時，即激光束一 11發(fā)出的激光分成兩路后的光程差值為％ λ，通過光電探測器件一 51可以測量出激光處于最強(qiáng)干涉狀態(tài)，此時激光束二 12所對干涉光路、激光束三13所對干涉光路以及激光束四14所對干涉光路的兩路光程差值分別為:a2 λ - λ /4、a3 λ - λ /2、a4 λ -3 λ /4，二者光路此時均處于非最強(qiáng)干涉狀態(tài)。
[0030]當(dāng)移動反射鏡4移動λ/8，使激光源一 11分成的兩路激光光程差值增加λ/4時，其他激光源的激光光程差也相應(yīng)增加λ/4，此時，激光束一 11發(fā)出的激光分成兩路的光程差值為B1 λ + λ /4，處于非最強(qiáng)干涉狀態(tài)，而激光束二 12發(fā)出的激光分成兩路的光程差值則變?yōu)閍2 λ，因此光電探測器件二 52能夠檢測到干涉光路處于最強(qiáng)干涉狀態(tài)，激光束三13和激光束四14的激光也處于非最強(qiáng)干涉狀態(tài)。當(dāng)移動反射鏡4移動λ /4時，激光束三13所對干涉光路將處于最強(qiáng)干涉狀態(tài)，通過光電探測器件三53可以測量出激光最強(qiáng)干涉狀態(tài)。
[0031]類似的，當(dāng)移動反射鏡4移動3 λ /8時，使激光束一 11分成的兩路激光光程差值增加3 λ /4時，其他激光束的激光光程差也相應(yīng)增加3 λ /4，此時激光束四14發(fā)出的激光分成兩路的光程差值則變?yōu)閍4A，其激光分成的兩路光路將處于相長干涉狀態(tài)，通過光電探測器件四54可以測量出激光干涉狀態(tài)。
[0032]再次，當(dāng)移動反射鏡4移動λ /2時，使激光束一 11分成的兩路激光光程差值增加λ時，其他激光束的激光光程差也相應(yīng)增加λ，激光束一 11所對干涉光路又將處于最強(qiáng)干涉狀態(tài)，通過光電探測器件一 11可以測量出激光最強(qiáng)干涉狀態(tài)。因此，對于四階梯平面激光反射結(jié)構(gòu)所對應(yīng)的激光干涉儀所對應(yīng)的測量精度就為λ /8，即移動反射鏡4位移等于或大于λ/8，相應(yīng)的光電探測器組5即能夠觀測出激光源I發(fā)射的四束激光的光路的干涉狀態(tài)明顯變化。
[0033]因此，增加固定反射鏡3的階梯反射平面數(shù)量可以提高測量精度，當(dāng)采用8階梯反射平面的激光反射鏡結(jié)構(gòu)，所對應(yīng)的激光干涉儀所對應(yīng)的測量精度則為λ /16，當(dāng)采用η階梯反射平面的固定反射鏡3結(jié)構(gòu)時，該激光干涉儀的測量精度就相應(yīng)變?yōu)棣?/2ηο
[0034]由于采用多光路干涉測量，測量過程中，各光電探測器探測到的直流電平應(yīng)該交替變化，如果某一光路的測量環(huán)境的變化造成光電探測器測量的直流電平發(fā)生偏移，而其它測量光路的光電探測器探測到的直流電平?jīng)]有發(fā)生交替變化，此時認(rèn)為該測量光路是受到測量環(huán)境的影響，忽略其電平變化。如果多條光路的測量環(huán)境的變化造成多個光電探測器測量的直流電平發(fā)生偏移，則認(rèn)為測量環(huán)境發(fā)生變化，忽略其電平變化。僅僅對于測量過程中嚴(yán)格滿足多光路干涉狀態(tài)交替變化的情況才對其進(jìn)行計數(shù)，即多光路干涉測量中引入交流信號，將傳統(tǒng)的激光干涉測量中直流電平的測量轉(zhuǎn)換為交流信號的測量，提高了干涉儀的抗干擾能力。
[0035]以上實施例僅用以說明本實用新型而并非限制本實用新型所描述的技術(shù)方案，盡管本說明書參照上述的各個實施例對本實用新型已進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但本實用新型不局限于上述【具體實施方式】，因此任何對本實用新型進(jìn)行修改或等同替換；而一切不脫離實用新型的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項】
1.一種抗干擾階梯平面反射激光干涉儀，包括激光源(1)、分光鏡(2)、固定反射鏡(3)、移動反射鏡(4)、光電探測器組(5)，其特征在于，所述激光源(I)包括η個平行激光束，其中η多2，所述光電探測器組(5)包括η個光電探測器件，所述固定反射鏡(3)的反射面為η個成階梯型的反射平面，相鄰兩個反射平面的間距等于入/211+1^入/2，其中1^為自然數(shù)、λ為激光源(I)發(fā)出的激光波長；每個所述激光源(I)發(fā)出的激光經(jīng)過所述分光鏡(2)反射后，垂直射入對應(yīng)一個反射平面，每個所述反射平面將對應(yīng)激光束反射到對應(yīng)的所述光電探測器組(5)的各個光電探測器件；所述激光源(I)發(fā)出的每束激光經(jīng)過所述分光鏡(2)透射后，分別垂直入射到所述移動反射鏡(4)后反射到對應(yīng)的光電探測器組(5)的各個光電探測器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗干擾階梯平面反射激光干涉儀，其特征在于，所述固定反射鏡(3)包括平面反射鏡本體(35)以及η-1個反射薄片(36)組合而成，每個所述反射薄片(36)的厚度為入/211+1^入/2，其中1^為自然數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抗干擾階梯平面反射激光干涉儀，其特征在于，每個所述反射薄片(36)厚度均為λ/2η。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的抗干擾階梯平面反射激光干涉儀，其特征在于，所述反射鏡本體(35)以及η-1個厚度相同的反射薄片(36)為一體成型體。
【專利摘要】本實用新型公開了一種抗干擾階梯平面反射激光干涉儀，包括激光源、分光鏡、固定反射鏡、移動反射鏡、光電探測器組，其中激光源包括n(n≥2)個平行激光束，光電探測器組包括n個光電探測器件，固定反射鏡的反射面為n個階梯平面，相鄰兩個反射平面間距為λ/2n+kλ/2(k為自然數(shù))；經(jīng)過分光鏡作用后的一束激光射入其中一個反射平面后反射到一個光電探測器，同時分光鏡內(nèi)透射的另一束激光經(jīng)過移動反射鏡、分光鏡反射后也入射至該光電探測器。該激光干涉儀產(chǎn)生的激光干涉現(xiàn)象不僅和激光波長有關(guān)，還和階梯型反射平面高度差值有關(guān)，該光電探測器組能夠檢測到精度達(dá)到λ/2n級別的位移，顯著提高了測量精度。
【IPC分類】G01B9-02
【公開號】CN204439011
【申請?zhí)枴緾N201520184605
【發(fā)明人】張白, 康學(xué)亮, 毛建東
【申請人】北方民族大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月30日