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专利名称：基于合成波长的激光波长测量方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光波长测量方法及装置，尤其是涉及一种基于合成波长的激光波长 测量方法及装置。
背景技术：
在激光技术研究及应用领域，激光波长的准确值是一个非常重要的参数。在几何 测量技术领域，大量地采用激光器作为相干光源测量位移、速度、角度、平面度及直线度等 几何量，因此精确地检测激光器的波长是保证这些几何量测量准确性和量值溯源的关键。 在光谱学领域，要把可调谐激光器调谐至需要的波长，也必需一种精密、快速的激光波长测 量装置。另外在光频标研究领域，对光频标本身的波长或频率值的测量也是必需的，光频标 波长或频率的精确值是保证其他计量结果准确性的关键。目前，国内外采用干涉技术进行激光波长测量的方法主要有法布里-珀罗干涉 型、斐索干涉型和迈克尔逊干涉型。法布里_珀罗波长计是利用光束通过两块镀以高反射 率、间距一定的玻璃板时产生多光束干涉的现象进行待测激光波长的测量，测量精度能达 到10_7，但是测量波长范围较窄。斐索波长计是一种薄膜双光束干涉，入射光进入标准具后 其前后两个反射面返回两束光，并产生干涉条纹，最终由接收面光强分布及干涉级次可测 得入射光的波长，测量精度受光学器件性能、机械振动和温度变化影响较大。迈克尔逊波 长计是通过计算参考光和待测光的干涉条纹数之比来求得待测光的波长，即NkZX =Xu/ λ k(其中，Nk是参考激光的干涉条纹数，Nu是待测激光的干涉条纹数，λ υ为待测激光的波 长，λ κ为参考激光的波长)，该方法能达到10_7 10_8的测量精度，但是为了提高测量精度， 必须增加干涉条纹的计数值或者采用条纹细分的方法以测量条纹的小数部分，这会使测量 系统结构复杂，而且成本高。

发明内容
针对精密测量、激光光谱和光频标研究等技术领域需要高精度的波长，本发明的 目的在于提供的一种基于合成波长的激光波长测量方法及装置，是通过检测参考激光波长 和待测激光波长形成的合成波长值来实现对待测激光波长的测量。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一、一种基于合成波长的激光波长测量方法参考激光器和待测激光器的光束经各自的检偏器后，成为正交线偏振光，入射到 迈克尔逊干涉仪，形成各自的干涉信号分别由两个探测器接收；当迈克尔逊干涉仪中的测 量臂移动时，参考光和待测光的干涉信号的相位关系将发生变化；当这两路干涉信号相位 差变化2 π时，对应于测量臂移动半个合成波长的位移；因此，通过检测这两路干涉信号的 两次同时过零点的位置，便能测得合成波长值，根据待测激光波长入 和参考激光波长λκ 与合成波长Xs之间的关系，即能得到待测激光的波长为
<formula>formula see original document page 4</formula>二、一种基于合成波长的激光波长测量装置参考激光器输出的光束经过透振方向平行于纸面的第一检偏器后成为平行于纸 面的线偏振光λ κ，射向第一偏振分光镜；待测激光器输出的光束经过透振方向垂直于纸面 的第二检偏器后成为垂直于纸面的线偏振光λ ，经反射镜反射后射向第一偏振分光镜；线 偏振光λ κ透过第一偏振分光镜后和线偏振光λ 经第一偏振分光镜反射后，合成一束正交 线偏振光，入射到由分光镜、第一角锥棱镜和第二角锥棱镜组成的迈克尔逊干涉仪，形成各 自的干涉信号，经第二偏振分光镜分光后，分别由第一探测器和第二探测器接收；通过检测 两路干涉信号两次同时过零点位置便能测得合成波长值，根据待测激光波长和参考激光波 长与合成波长之间的关系，即能得到待测激光的波长值。本发明具有的有益效果是(1)将待测激光波长的测量转换成易于检测的测量臂移动位移(即合成波长)的 测量，而不是测量参考激光λ 1；干涉条纹数和待测激光λ 干涉条纹数的比值，该方法易于 实现。(2)待测光束和参考光束遵循共光路原则，可抑制环境因素对测量结果的影响，具 有较强的环境抗干扰能力，因此，测量精度高，可以达到10_8以上。(3)结构简单，低成本且易于实用化。


图1是基于合成波长的激光波长测量原理图。图2是入1；与λ 干涉信号相位差与第二角锥棱镜移动位移关系示意图。图中1.参考激光器，2.第一检偏器，3.待测激光器，4.第二检偏器，5.反射镜， 6.第一偏振分光镜，7.第一角锥棱镜，8.分光镜，9.第二角锥棱镜，10.第二偏振分光镜， 11.第一探测器，12.第二探测器，V(Xr)表示参考激光器的干涉信号波形，V(Au)表示待 测激光器的干涉信号波形。
具体实施例方式基于合成波长的激光波长测量方法及装置，如附图1所示，参考激光器1输出的光 束经过透振方向平行于纸面的第一检偏器2后成为平行于纸面的线偏振光λ κ，射向第一偏 振分光镜6 ；待测激光器3输出的光束经过透振方向垂直于纸面的第二检偏器4后成为垂 直于纸面的线偏振光λ ，经反射镜5反射后射向第一偏振分光镜6 ；线偏振光入1；透过第一 偏振分光镜6后和线偏振光λ υ经第一偏振分光镜6反射后，合成一束正交线偏振光，入射 到由分光镜8、第一角锥棱镜7和第二角锥棱镜9组成的迈克尔逊干涉仪，形成各自的干涉 信号，经第二偏振分光镜10分光后，分别由第一探测器11和第二探测器12接收；通过检测 两路干涉信号两次同时过零点位置便能测得合成波长值，根据待测激光波长和参考激光波 长与合成波长之间的关系，即能得到待测激光的波长值。记Ltl为迈克尔逊干涉仪中参考光路和测量光路的光路差，两个探测器接收的干涉 信号的相位差分别为识《、(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为参考光λ R和待测光λ υ形成的合成波长 ^拽⑷当第二角锥棱镜9即迈克尔逊干涉仪的测量臂移动位移L = λ s/2时，公式(3)变
成
<formula>formula see original document page 5</formula>公式(3)和(5)表明两路干涉信号相位差变化2 π对应于第二角锥棱镜9移动 位移L = λ s/2，即可据此求得合成波长的值<formula>formula see original document page 5</formula>(6)上式的具体实施是参考光λ 待测光λ υ的干涉信号相位差与第二角锥棱镜9 的移动位移之间的变化关系如附图2所示，假设第二角锥棱镜9从A点开始移动，初始相位 差Δρ = 0，β卩X1^n λ 干涉信号同时过零，当第二角锥棱镜9到达B点时两路干涉信号再 次同时过零，相位差Δ0再次为0，此时两路干涉信号相位差变化恰好是2 π，第二角锥棱镜 9在A点与B点之间移动的位移即为Xs/2。因此，通过检测两路干涉信号两次同时过零点 的位置，可以得出合成波长Xs的值，即公式(6)。根据公式(4)可得待测激光器的波长为<formula>formula see original document page 5</formula>将公式(6)求出的As和已知的参考激光器的波长入公式(7)，就可以求出 待测激光器的波长。至此完成本发明。
权利要求
一种基于合成波长的激光波长测量方法，其特征在于参考激光器和待测激光器的光束经各自的检偏器后，成为正交线偏振光，入射到迈克尔逊干涉仪，形成各自的干涉信号分别由两个探测器接收；当迈克尔逊干涉仪中的测量臂移动时，参考光和待测光的干涉信号的相位关系将发生变化；当这两路干涉信号相位差变化2π时，对应于测量臂移动半个合成波长的位移；因此，通过检测这两路干涉信号的两次同时过零点的位置，便能测得合成波长值，根据待测激光波长λU和参考激光波长λR与合成波长λS之间的关系，即能得到待测激光的波长为 <mrow><msub> <mi>&lambda;</mi> <mi>U</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>&lambda;</mi> <mi>S</mi></msub><msub> <mi>&lambda;</mi> <mi>R</mi></msub> </mrow> <mrow><msub> <mi>&lambda;</mi> <mi>S</mi></msub><mo>&PlusMinus;</mo><msub> <mi>&lambda;</mi> <mi>R</mi></msub> </mrow></mfrac><mo>.</mo> </mrow>
2.按权利要求1所述方法的一种基于合成波长的激光波长测量装置，其特征在于参 考激光器(1)输出的光束经过透振方向平行于纸面的第一检偏器(2)后成为平行于纸面的 线偏振光XK，射向第一偏振分光镜(6)；待测激光器(3)输出的光束经过透振方向垂直于 纸面的第二检偏器(4)后成为垂直于纸面的线偏振光，经反射镜(5)反射后射向第一偏 振分光镜(6)；线偏振光透过第一偏振分光镜(6)后和线偏振光经第一偏振分光镜 (6)反射后，合成一束正交线偏振光，入射到由分光镜(8)、第一角锥棱镜(7)和第二角锥棱 镜(9)组成的迈克尔逊干涉仪，形成各自的干涉信号，经第二偏振分光镜(10)分光后，分别 由第一探测器(11)和第二探测器(12)接收；通过检测两路干涉信号两次同时过零点位置 便能测得合成波长值，根据待测激光波长和参考激光波长与合成波长之间的关系，即能得 到待测激光的波长值。
全文摘要
本发明公开了一种基于合成波长的激光波长测量方法及装置。选用一个波长稳定度较高的激光器作为参考激光器，参考激光器的光束和待测激光器的光束被调制为正交线偏振光后，入射同一迈克尔逊干涉仪，分别形成各自的干涉信号。当迈克尔逊干涉仪中的测量臂移动时，参考光和待测光的干涉信号的相位关系将发生变化，当这两路干涉信号的相位差变化2π时对应于测量臂移动半个由参考光和待测光形成的合成波长的位移。通过检测两路干涉信号两次同时过零点位置便可测得合成波长值，根据待测激光波长和参考激光波长与合成波长之间的关系，即可得到待测激光的波长值。本发明具有较强的环境抗干扰能力，波长测量精度可以达到10-8以上，成本低，易于实用化。
文档编号G01J9/02GK101832821SQ20101014013
公开日2010年9月15日 申请日期2010年4月2日 优先权日2010年4月2日
发明者严利平, 唐为华, 李超荣, 杨涛, 陈本永 申请人:浙江理工大学