[发明专利]一种双频激光干涉仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光干涉仪，特别是涉及一种双频激光干涉仪。 

背景技术

激光干涉仪作为一种超精密的非接触式测量设备，可以进行高速高精密的位移测量，如果与不同的附件组合，还可以进行长度、速度、角度、平面度、直线度等测量，具有测量范围大、分辨率高、精度高等优势。在半导体制造、精密机床加工、军事、航天、汽车制造、坐标测量等领域都具有非常广泛的应用。随着激光干涉仪分辨率和测量精度的不断提高，非线性误差和热漂移误差越来越引起人们的重视。 

非线性误差是由于测量臂和参考臂不同偏振态的激光互相渗透所造成的。其中最核心的元件是偏振分光棱镜，如果要获得足够小的非线性误差，必须要求偏振分光棱镜的反射光和透射光同时具有非常高的消光比，但实际上，受镀膜、胶合等工艺限制，偏振分光棱镜的透射光消光比可以做得很高，但反射光消光比则要低的多，因此这相当困难。而且，由于反射光的消光比随入射角度变化非常敏感，因此对于反射臂的装调也要求相当高。 

热漂移误差是由于测量臂和参考臂的玻璃光程不对称所造成的，因此为了获得足够小的热漂移误差，必须尽量使反射臂和透射臂的光束走过相同种类和相同厚度的玻璃。 

已知技术在降低干涉仪非线性误差与热漂移误差方面做了很多努力。如图1所示为一种已知的平面镜干涉仪的结构示意图。此为Agilent公司的10706A平面镜干涉仪，图中实虚线分别表示一束双频激光中的两种频率激光的光路。该结构中，反射光的角锥棱镜可以使光束(如实线所示)按原路返回，其误差通常小于5″，大大降低了反射臂的装调要求，有利于降低非线性误差。但该结构的透射光是4倍光程而反射光是2倍光程，两光束所经过的玻璃厚度明显不同，因此存在很大的热漂移误差。 

图2所示为另一种已知的平面镜干涉仪的结构示意图。此为Agilent公司的10706B高稳定平面镜干涉仪的结构示意图。图中实虚线分别表示一束双频激光中的两种频率激光的光路。该结构优点是，反射臂和透射臂的光路对称，因此热漂移误差非常小；但非线性误差受反射臂镀膜1/4波片的装调的影响很明显，导致非线性误差很难控制。而且，图1和图2中的这两种结构的非线性误差都受偏振分光棱镜的消光比影响。 

图3所示为另一种已知的低非线性误差的位移测量干涉仪(参见中国发明专利，公开号CN1854678A)，该结构通过在参考光和测量光各自通往检测器的大部分光路上将它们隔离开来，以减小非线性误差。但该结构非常复杂，使用元件较多，装调困难，而且最终非线性误差仍然受偏振分光棱镜反射光低消光比的影响。 

发明内容

有鉴于上述的问题，本发明的目的在于提供一种高稳定的双频激光干涉仪，用以降低非线性误差以及热漂移误差。 

本发明提出了一种双频激光干涉仪，其包括第一偏振分光棱镜，在第一偏振分光棱镜的反射光方向设置有第二偏振分光棱镜、补偿镜和第一角锥棱镜，在第一偏振分光棱镜的透射光方向设置有四分之一波片与反射镜，第二角锥棱镜与第二偏振分光棱镜相对，设置于第一偏振分光棱镜的另一侧，其中，补偿镜的厚度为四分之一波片厚度的两倍。 

本发明所提出的双频激光干涉仪，第一偏振分光棱镜的入射面与第二偏振分光棱镜的入射面相互垂直。 

本发明所提出的双频激光干涉仪，补偿镜设置于第二偏振分光棱镜与第一角锥棱镜之间。 

本发明所提出的双频激光干涉仪，补偿镜设置于第一偏振分光棱镜与第二偏振分光棱镜之间。 

本发明所提出的双频激光干涉仪，第一角锥棱镜与第二角锥棱镜的数目可为多个且数目相等，用以调整多轴光束。 

本发明所提出的双频激光干涉仪，第一角锥棱镜与第二角锥棱镜的数目各为三个，用以调整三轴光束。 

本发明提供的高稳定的双频激光干涉仪，一方面通过在第一偏振分光棱镜的反射光方向设置一个入射面与第一偏振分光棱镜入射面相互垂直的第二偏振分光棱镜，从而大大提高了反射光的消光比，在不增加偏振分光棱镜加工难度的前提下降低非线性误差，另一方面本发明中透射光和反射光的光束通过相同类型、相同厚度的玻璃，也最大限度地减小了热漂移误差。因此本发明提供的双频激光干涉仪具有低热漂移误差、低非线性误差、装调简单、元件易加工等优点。 

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。 

附图说明

图1所示为一种已知的平面镜干涉仪的结构示意图。 

图2所示为另一种已知的平面镜干涉仪的结构示意图。 

图3所示为另一种已知的低非线性误差的位移测量干涉仪。