[发明专利]基于激光合成波长干涉原理的波长测量方法及装置

说明书

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激光合成波长干涉原理的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，激光波长的精确测量与校准有着重要的科学意义和实际工程价值。在长度、速度、角度、距离和表面形貌等几何量测量技术领域，大量地采用稳频激光器作为相干光源进行干涉测量，激光波长是作为几何量测量的标尺，因此精确地测量这些激光器的激光波长是保证几何量测量准确性和量值溯源的关键；在激光通信中，通常采用相干外差法接收光信号，激光波长的稳定度是影响信号接收质量的重要因素之一；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值的测量也是必需的，光频标波长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－珀罗干涉法波长计是利用光束通过两块镀以高反射率、间距一定的平行玻璃板时产生多光束干涉的方法进行待测激光波长的测量，测量精度能达到10^-9，但是波长测量范围较窄。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，通过计算条纹的周期间隔实现对待测激光波长的测量，该方法虽然不需要参考激光，结构简单，但是由于系统对环境温度变化、机械振动的抗干扰能力差，因此测量过程中需要经常标定，给使用带来不变。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N_RN_U＝λ_Uλ_R（其中，N_R是参考激光的干涉条纹数，N_U是待测激光的干涉条纹数，λ_U为待测激光的波长，λ_R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，必须增加导轨运动范围或者需要对干涉信号进行高精度的细分，这会使测量系统结构复杂，而且成本高。另外，基于合成波长的激光波长测量方法是通过检测待测激光波长λ_U和参考激光波长λ_R形成的合成波长λ_S值，实现待测激光波长λ_U的测量，但是该方法当待测激光波长λ_U与参考激光波长λ_R非常接近时，其形成的合成波长λ_S将很大，会远远超过测量镜移动的导轨运动范围，因此待测激光波长的测量范围较小，受限于导轨运动范围。

发明内容

针对几何量测量、激光通信、光谱学和光频标研究等技术领域的需求，本发明的目的在于提供一种基于激光合成波长干涉原理的波长测量方法及装置，根据激光合成波长干涉原理，利用第一角锥棱镜与第二角锥棱镜的运动位移之间存在的线性关系，缩短较大合成波长所对应的长行程，解决当待测激光波长和参考激光波长非常接近时需要大长度运动导轨的技术问题，扩大待测激光波长的测量范围。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一、一种基于激光合成波长干涉原理的波长测量方法：

（1）参考激光器和待测激光器的输出光束经各自的偏振片后，成为正交线偏振光，入射到激光合成波长干涉仪，形成各自的干涉信号，分别由两个光电探测器接收，干涉仪中的第一角锥棱镜移动时，参考激光波长λ_R和待测激光波长λ_U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时对应于第一角锥棱镜移动半个由λ_R和λ_U形成的合成波长的位移，即λ_S/2；

（2）当参考激光波长λ_R和待测激光波长λ_U的差大于或等于0.7pm时，形成的半个合成波长λ_S小于第一角锥棱镜的运动范围300mm，此时，通过移动第一角锥棱镜，检测波长λ_R和波长λ_U的干涉信号两次同时过零点所对应的位移，测得合成波长λ_S/2值；