[发明专利]基于几何移相器的双波长正交相位偏置锁定干涉测量方法

说明书

本发明公开了一种基于几何移相器的双波长正交相位偏置锁定干涉测量方法，是将波长分别为λ₁和λ₂的两束光以线偏振态入射至正交相位偏置的分振幅型干涉仪的光路中，以波长为λ₁的光束作为探测光束实现相位检测，以波长为λ₂的光束作为反馈光束用于监测分振幅型干涉仪光路相位偏置是否正交，实现干涉仪正交相位偏置的实时锁定，两束光之间的色差引起的移相误差通过由1/2波片和1/4波片组成的几何移相器进行矫正，避免噪声源对干涉仪正交相位偏置的影响，使干涉仪始终保持良好的相位检测线性度和灵敏度。

技术领域

本发明涉及干涉测量，更具体地说是一种基于几何移相器的双波长正交相位偏置锁定干涉测量方法，用于实现高灵敏度的相位测量。

背景技术

光学干涉仪是利用光的干涉原理，通过测量光程差得到光的相位信息，从而获得实验所需物理量的一种光学仪器。因为干涉条纹的移动是由两相干光几何路程之差发生变化所造成，某一束相干光通过的光程或介质折射率发生变化，都会引起光程差的改变。所以可以根据干涉条纹的移动变化，测量相位变化量，从而测得与此有关的其他物理量。干涉条纹每移动一个条纹间距，光程差就改变一个波长，所以干涉仪是以光波波长为单位测量相位的，其测量精度明显优于其他测量方法。

按照干涉光来源区分，干涉仪可以分成分波前型和分振幅型两类。其中典型的分振幅型干涉仪有马赫-曾德尔干涉仪、萨格奈克干涉仪、迈克尔逊干涉仪等。此类干涉仪广泛应用于长度测量，折射率测定，光学元件质量检验等领域。它们在用于测量微小相位变化时，为了保证最佳相位检测灵敏度和线性度，需将干涉仪光路的相位偏置保持在±π/2。但是在实际应用中，因受环境扰动、机械振动和光束漂移等影响，无法保证干涉仪光路的相位偏置始终保持正交状态。为此，需要对系统光路的相位进行实时监测，当相位偏置发生改变时应能及时得到矫正。由于相位的变化可以通过改变光程差ΔL实现，即：Δφ＝(2π·ΔL)/λ，因此常规方法是通过移动干涉仪光路中的反光镜来改变光程差，进而达到移相的目的。但是作为高精度的光学检测系统，改变光路中光学元件的位置必然会使整个测量系统的性能参数发生改变，为了确保测量结果的可靠性，需要对系统进行重新校准，这会使测量工作更加繁琐。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种基于几何移相器的双波长正交相位偏置锁定干涉测量方法。针对分振幅型干涉仪，实现在不移动反射镜、保证测量系统性能参数稳定的前提下的移相，使系统光路的相位偏置保持在±π/2，以保证测量系统的最佳相位检测灵敏度和线性度。

本发明为实现发明目的采用如下技术方案：

本发明基于几何移相器的双波长正交相位偏置锁定干涉测量方法的特点是：将波长分别为λ₁和λ₂的两束光以线偏振态入射至正交相位偏置的分振幅型干涉仪的光路中，以波长为λ₁的光束作为探测光束实现相位检测，以波长为λ₂的光束作为反馈光束用于监测分振幅型干涉仪光路相位偏置是否正交，实现干涉仪正交相位偏置的实时锁定，两束光之间的色差引起的移相误差通过由1/2波片和1/4波片组成的几何移相器进行矫正，避免噪声源对干涉仪正交相位偏置的影响，使干涉仪始终保持良好的相位检测线性度和灵敏度。

本发明基于几何移相器的双波长正交相位偏置锁定干涉测量方法的特点也在于：

所述探测光束经第一分光镜分成光强相等的两束线偏振探测光，分别进入分振幅干涉仪的参考臂和测量臂；参考臂中的线偏振探测光经几何移相器后，再由第二分光镜分成两束光强相等的参考臂线偏振探测光；测量臂中的线偏振光经第二二向色镜A透射至被测物体，经过被测对象发生折射，再经第二二向色镜B后经由第二分光镜分成两束光强相等的测量臂线偏振探测光，并与两束参考臂线偏振探测光一一对应形成探测光束干涉信号，所述探测光束干涉信号分别经第四二向色镜A和第四二向色镜B透射进入第一信号采集处理通道，经所述第一信号采集处理通道的信号处理获得因被测对象引起的探测光束相位变化量；