[发明专利]一种双波长共光路激光干涉测量装置及方法

说明书

针对现有迈克尔逊干涉仪、斐索干涉仪等测量装置进行线膨胀与变形测量时因测量臂光束与参考臂光束在空间上错位分布受空气折射率影响误差大，且无法进行双波长共光路激光干涉测量，本发明提出了一种抗空气环境干扰的双波长激光干涉测量装置和测量方法。该测试装置和测试方法通过科学的光路设计，对称布置测量臂光束与参考臂光束，优选光学元器件实现双波长共光路激光干涉测量，从而大幅度降低了空气环境折射率的影响，提高了线膨胀与变形测量的精度。

技术领域

本发明属于激光测量技术领域，具体涉及一种双波长共光路激光干涉测量装置，还涉及一种双波长共光路激光干涉测量方法。

背景技术

激光干涉测量技术由于高测量准确性且可溯源至激光波长，分辨力高等特点，已被广泛用于测量物体或材料的线膨胀与变形。国内外许多机构的线膨胀系数测量装置都使用了激光干涉测量技术，如中国计量科学研究院、德国联邦物理技术研究院等。在进行激光干涉测量时，激光波长会受到空气折射率的影响而产生误差。激光波长的空气折射率主要受空气温度、湿度、大气压力、二氧化碳浓度等参数的影响。由于无法保证上述空气参数在激光传播路径上的均匀一致，所以准确测量激光干涉时的空气折射率难以实现。在激光干涉测量技术领域，如何减少甚至克服空气折射率的影响一直是国内外研究者非常重视的问题。

双波长激光干涉测量技术是用于实时修正空气折射率对激光干涉测量结果影响一种方法。该方法同时使用两种不同波长λ1和λ2的激光进行干涉测量，获得实时位移测量值L1和L2，通过引入色散系数A来获得空气折射率的实时补偿，待测位移L与两种波长的位移测量值有以下关系：

L＝L1-A(L2-L1) (1)

式(1)中的色散系数A与波长λ1和λ2有关，且主要受湿度影响，但通常测量条件下这个影响并不显著，所以在测量过程中可以被假定为一个常数。通过双波长激光干涉测量技术，在已知色散系数A的条件下，可以降低空气折射率对激光干涉测量结果的影响。

而现有的激光干涉测量装置，如迈克尔逊干涉仪、斐索干涉仪等，在测量物体或材料的线膨胀与变形时存在以下缺点：1.测量臂光束与参考臂光束在空间上分布错位，两者受空气湍流的影响差别较大，使空气折射率引入的激光干涉测量误差显著，装置抗干扰性差；2.无法适用于双波长激光同时进行干涉测量，即无法使用双波长激光干涉测量技术来提升测量准确性。

为了解决上述缺点，本发明提出了一种抗空气环境干扰的双波长激光干涉测量装置和方法。该测量装置和方法可适用于两种不同波长同时进行干涉测量，且具有准共光路和对称分布式的系统结构，使测量臂光束和参考臂光束受空气湍流的影响基本一致，从而降低空气环境干扰，提高干涉测量精度。

发明内容

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种双波长共光路激光干涉测量装置，包括宽带平面反射镜、第一宽带偏振分束镜、第一宽带直角棱镜、宽带1/2波片、第二宽带偏振分束镜、第二宽带直角棱镜、第一宽带1/4波片、第二宽带1/4波片、第三宽带直角棱镜、第三宽带偏振分束镜、宽带角锥棱镜、第四宽带偏振分束镜、第四宽带直角棱镜、第三宽带1/4波片、第四宽带1/4波片、第五宽带直角棱镜、第五宽带偏振分束镜、第一光电探测器、第一偏振片、第一滤光片、第二光电探测器、第二偏振片、第二滤光片、二向色镜、激光器；

以长方体待测试样为中心说明各部分位置关系：与长方体待测试样右端面平行上下并排设置第三宽带1/4波片和第二宽带1/4波片，在第三宽带1/4波片和第二宽带1/4波片右侧且与第三宽带1/4波片和第二宽带1/4波片右侧面平行从上到下并排放置第四宽带直角棱镜、第四宽带偏振分束镜、第三宽带偏振分束镜和第三宽带直角棱镜，所述第四宽带直角棱镜直角边与第四宽带偏振分束镜上侧面、第四宽带偏振分束镜下侧面、第三宽带直角棱镜直角边平行；在第四宽带偏振分束镜和第三宽带偏振分束镜的右侧并排设置有宽带角锥棱镜，所述宽带角锥棱镜的斜边与第四宽带偏振分束镜和第三宽带偏振分束镜的右侧面平行；