[发明专利]干涉量分离单频激光干涉仪非线性误差修正方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于激光测量技术领域，主要涉及一种单频激光干涉仪非线性误差修正方法与装置。

背景技术

在超精密测量飞速发展的今天，快速超精密位移测量得到了广泛的关注与研究，其中在航天领域的应用对测量的精度提出了更高的要求。单频激光干涉仪相比于双频激光干涉仪具有结构简单、电路处理容易、对环境的要求较低等多种优点，其测量速度在原理上不受限制，因而是高速长度和位移测量领域的主要手段。然而，非线性误差一直是限制单频激光干涉仪精度的关键问题。

1981年，Heydemann提出利用最小二乘法的椭圆拟合方法获取干涉信号中的非线性误差参数进而对非线性误差进行修正(P.L.M.Heydemann，Determination and correction of quadrature fringe measurement errors in interferometers.Appl.Opt.1981，20：3382-3384)；德国联邦物理技术研究院的Dai提出利用ADC探测四通道单频激光干涉仪各通道信号的峰谷值实时提取非线性误差参数并对其做出修正(Dai，G.-L.；Pohlenz，F.；Danzebrink，H.-U.；Hasche，K.；Wilkening，G.Improving the performance of interferometers in metrological scanning probe microscopes.Meas.Sci.Technol.2004，15：444-450)，称其为实时Heydemann修正方法。然而上述这些方法一般都需要目标镜位移达到λ/2才可对信号非线性误差参数做出较准确的识别，当目标镜位移小于λ/2时，测得的数据离散性较高，无法对非线性误差参数做出准确识别，因而修正的效果不好。

2012年，Rerucha提出通过调制激光光源频率的方法，实现单频激光干涉仪在准静态下非线性误差参数的识别(Rerucha S，Buchta Z，Sarbort M，et al.Detection of interference phase by digital computation of quadrature signals in homodyne laser interferometry.Sensors，2012，12(10)：14095-14112)，然而这种方法需要附加可调制激光光源，而且识别需要一定的时间。

发明内容

针对上述Heydemann修正方法在目标镜位移小于λ/2时无法准确提出非线性误差参数并修正，以及光源调制法识别非线性误差需要可调制激光光源的问题，本发明提出和研发了一种干涉量分离单频激光干涉仪非线性误差修正方法及装置，达到可以实现单频激光干涉仪开机即获得非线性误差参数、并在位移测量时做出修正的目的。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种干涉量分离单频激光干涉仪非线性误差修正方法，该方法步骤如下：

(1)打开单频激光干涉仪，位于参考光路和测量光路上的光开关S_r、S_m同时切换至打开状态；稳频激光器发射激光，被偏振分光棱镜分离为参考光束和测量光束，每路光束先后通过1/4波片、光开关，再经反射镜反射后原路返回，偏振态被旋转90°后再次入射偏振分光棱镜；从偏振分光棱镜出射的正交的水平与垂直偏振的偏振光被四通道探测系统分离为相位依次相差π/2的相干光；

(2)使S_r切换至打开状态，同时S_m切换至关闭状态；此时测量光束被光开关S_m阻断，参考光正常通过原光路照射四路探测器产生光电流信号，存储四路探测器的强度信号I_r1、I_r2、I_r3、I_r4；

(3)使S_r切换至关闭状态，同时S_m切换至打开状态；此时参考光束被光开关S_r阻断，测量光正常通过原光路照射四路探测器产生光电流信号，存储四路探测器的强度信号I_m1、I_m2、I_m3、I_m4；