[发明专利]一种消除或减小激光外差干涉法中非线性误差的方法

说明书

技术领域

本发明属于精密测量技术中的激光外差干涉法领域，是一种消除或减小激光外差干涉法中非线性误差的方法。本方法还可以应用于更一般的波动干涉过程，用以产生随波程变化的周期性的附加在原有信号上的信号。

背景技术

激光外差干涉法可以用来测量位移和振动等，是最好的精密测量方法之一。该方法是将被测位移量转变到外差信号的频率或者相位变化中，再将这种变化测量出来，由于外差信号的频率比光频低得多，光电信号经电子细分后，容易处理，且容易达到较高的测量分辨率，目前这种方法可以达到皮米(pm)或更好的测量分辨率。

但是在光外差干涉法这类技术中普遍存在着非线性误差等问题，这是纳米测量的主要误差来源，使其精度一般只有几纳米甚至十几纳米，其原因是作为外差干涉的信号光和参考光，这两个频率不同的光束不能很好的分离，相互“串扰”，即在参考光束中总是有少量的信号光，在信号光束中总是有少量的参考光混入，也即产生周期性的非线性误差的干扰。这些周期性的非线性误差问题多年来一直是该领域技术进一步发展的一个障碍。

多年来国内外学者不断地发明一些改善的方法，但也多存在一些限制或问题。我国业界有几位著名学者都提出了较好的新方法，比如，在2007年，我国业界著名学者侯文玫等(外差激光干涉仪非线性的细分和消除，上海理工大学光电学院，上海200093，计量学报-2007，28(3).-210～215)公布了一种可以有效地减小双频激光干涉仪的各种非线性误差的方法，它可以成倍地减小测量结果的相对误差。其方法是改变干涉仪的结构，增加测量光程的倍数。这样就提高了测量灵敏度，单位位移对应的光电探测器输出的交流电信号的相角变化，会成同样倍数地增加。而非线性误差对应的相角(误差)的振幅是不变的，即成倍地减小了测量结果的相对误差。在一定的范围内，这个方法有很好的效果。但如果要成数量级地减小非线性误差，比如将非线性误差减小到十分之一，那就至少需要十倍的折返光路，而在有些情况下，这是困难的。

发明内容

本发明的目的是提供一种消除或减小激光外差干涉法中非线性误差的方法，其能够有效地消除或大幅的降低串扰进来的干扰光成分对系统的精度指标所造成的不利影响，提高测量精度。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种消除或减小激光外差干涉法中非线性误差的方法，是在参与干涉的波束中加入反干扰的光线成分，其频率与干扰光相同，调整使其幅值正好与串入的干扰成分的幅值相同，而相位相反，将其干扰成分抵消掉。

如果引起周期性误差的串扰光不是干涉仪中另一个光束中的主要光线，而是其它频率的光线，也可以采用与本发明相同的方法来消除其影响，即要加入的是与干扰光线同频的光线。很明显，本发明的方法应用范围比较广泛，只要消除或减小的是对被测物理量呈周期性变化的误差，都可以采用本发明的方法，生成一个类似于这个误差的信号，以抵消或部分地消除这个误差对测量结果的影响。

本发明方法的光学处理部分，适用于各类集成光学方式，包括光纤方式，也适用于体波方式。

本发明方法中对于幅度的调整，可以由两个偏振片构成的幅度调节器来实现，出射端的偏振片的偏振方向可以是后面光路中所需要的偏振方向。调节入射端的偏振片的偏振方向就可以得到所要求的幅度。这样不但调节了幅度，还得到了所需要的偏振方向。

本发明方法中对于相位的调整，或说是对于光程的微调，可以由两个对称的楔形光学介质块构成的相位调节器来实现。在相位调节器中，光线入射和出射的光学平面位置处，光学介质块的表面垂直于光线；两个光学介质块相邻的平面平行且不垂直于光线，在调整相位时，平行的两个平面间的距离保持不变。两个楔型光学介质块相平行的光学平面与垂直于光线的平面之间的夹角不大于1度。

本发明将上述的相位调节器和幅度调节器放在一起，统称为相位与幅度调节器。

本发明的有益效果是：该方法能够有效地消除或大幅的降低串扰进来的干扰光成分对系统的精度指标所造成的不利影响，用以有效地消除或降低非线性误差至少1-2个数量级，提高测量精度。

附图说明

图1是本发明一实施例的消除或减小激光外差干涉法中非线性误差的方法示意图。

图2是本发明的相位调节器的原理示意图。

图中：1、激光器，2、第一分光镜，3、声光器件，4、第二分光镜，5、第三分光镜，6、测量棱镜，7、第四分光镜，8、第一相位与幅度调节器，9、第二相位与幅度调节器，10、第五分光镜，11、第六分光镜，12、偏振片，13、光电探测器，14、第一反射镜，15、第二反射镜，16、第三反射镜。