[发明专利]基于自补偿式平移轴的长干涉光腔调谐装置和方法

说明书

本发明提供了一种基于自补偿式平移轴的长干涉光腔调谐装置和方法，所述装置包括：激光器；安装于精密导轨上的滑台，滑台可沿预设光路在第一和第二干涉光腔腔镜之间移动；设置于滑台上的第一和第二平移轴干涉测量模块，每个平移轴干涉测量模块包括依次排布于预设光路上的第一准直小孔、分光棱镜、第二准直小孔以及设置于分光棱镜两侧且位于干涉光路上的第一和第二干涉测量模块腔镜，其中，第一和第二平移轴干涉测量模块的干涉光路相互垂直；成像透镜，用于对第一和第二平移轴干涉测量模块的干涉图像进行成像；图像传感器，用于输出干涉图像的数字图像；计算机，用于处理数字图像，并根据处理结果反馈自补偿多轴精密调节策略。

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，具体涉及一种基于自补偿式平移轴的长干涉光腔调谐装置和一种长干涉光腔调谐方法。

背景技术

干涉式光学测量系统是现代激光干涉、光谱检测设备等应用的核心器件，其腔内模式特性、结构尺寸稳定性等作为关键特性直接影响其性能表现。利用干涉光谱技术、干涉信号处理等技术能够定性、定量的测量事物的多种物理量，如空间位置、成分、浓度等，是一种利用时间、空间信号作为测量参考的精密光学测量手段，具有抗干扰能力强、测量稳定性好、精度高、灵敏度高、方便使用等优点。一般由激光光源或宽谱光源、干涉光光腔、探测器以及辅助控制系统组成。根据干涉光腔腔内光束谐振的原理特性，可知决定测量精度的关键技术是腔镜空间位置如何确定与保证，即如何通过精密装调的手段获得理想的干涉光腔。

为提高测量精度，干涉谐振腔的精密装校与精密结构设计成为重中之重，在无可调元器件(一般为压电陶瓷驱动器)的情况下，无源谐振腔产品必须能够在各种条件下保持不变。而在挂载可调补偿元件的情况下，谐振腔也必须保证变形在压电陶瓷变形范围内(通常为微米到亚微米级别)。一般地，短距离干涉测量设备，如迈克尔逊干涉仪等，装调相对容易，利用自准直仪等设备即可完成，但对于超长距离干涉光腔，很多情况下无法直接装调，受到机械精度、装调仪器精度、人工误差等的影响，想要进一步提升长干涉光腔的装校精度是非常困难的。近年来，由于人们对灵敏度、测量精度、复合测量等的不断追求，特别是美国LIGO激光干涉望远镜(干涉光腔长度为公里级)的成功应用等成果的出现，对长距离干涉光腔的精密装校技术提出了更高的要求。

发明内容

本发明为解决目前难以实现长距离干涉光腔的精密装调的技术问题，提供了一种基于自补偿式平移轴的长干涉光腔调谐装置和方法，能够方便地完成长距离干涉光腔的精密装调。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于自补偿式平移轴的长干涉光腔调谐装置，包括：激光器，所述激光器作为发射激光的光源；安装于精密导轨上的滑台，所述滑台可沿预设光路在第一干涉光腔腔镜和第二干涉光腔腔镜之间移动；设置于所述滑台上的第一平移轴干涉测量模块和第二平移轴干涉测量模块，每个平移轴干涉测量模块包括依次排布于预设光路上的第一准直小孔、分光棱镜、第二准直小孔以及设置于所述分光棱镜两侧且位于干涉光路上的第一干涉测量模块腔镜和第二干涉测量模块腔镜，其中，所述第一平移轴干涉测量模块和第二平移轴干涉测量模块的干涉光路相互垂直；成像透镜，所述成像透镜用于对所述第一平移轴干涉测量模块和所述第二平移轴干涉测量模块的干涉图像进行成像；图像传感器，所述图像传感器用于输出所述干涉图像的数字图像；计算机，所述计算机分别与所述图像传感器、所述第一平移轴干涉测量模块和第二平移轴干涉测量模块相连，所述计算机用于处理所述数字图像，并根据处理结果向所述第一平移轴干涉测量模块和第二平移轴干涉测量模块反馈自补偿多轴精密调节策略。

所述第一平移轴干涉测量模块和所述第二平移轴干涉测量模块包括自补偿多轴精密调节机构，所述自补偿多轴精密调节策略包括：根据所述自补偿多轴精密调节机构的运动反馈信号，通过所述第一平移轴干涉测量模块和第二平移轴干涉测量模块坐标系的三维平移和两维转动，以自动调节所述第一平移轴干涉测量模块和第二平移轴干涉测量模块坐标系与所述预设光路的空间位置关系。

所述图像传感器为CCD(Charge Coupled Device，电耦合器件)图像传感器。