[发明专利]激光干涉测长法

说明书

本发明是一种激光干涉测长法，涉及一种利用半导体激光的调制技术，在被测长度的两个端点干涉测量长度的方法。

在长度的精密干涉测量方法中，经典方法有迈克尔逊干涉仪，现代方法有双频激光干涉仪等。它们的相同点是，在测量中都要求测量元件从长度的起始点沿直线连续移动到终止点，并对移动过程中干涉条纹的变化量进行计数，再从干涉条纹的变化量计算出长度值。哈尔滨工业大学出版社1988年出版的《计量光学》第16章第2节340页分析的激光干涉仪，采用的测量方法是让激光束通过分光镜分成两束后，分别进入固定的反射镜和移动的反射镜，检测移动反射镜从长度的起始点沿直线连续移动到长度的终止点的过程中，两个反射镜形成的干涉条纹的变化数目，计算得到被测长度值。这种测量方法要求测量元件从长度的起始点沿直线连续移动到终止点，并在移动过程中对干涉条纹的变化数目连续进行计数，才能得到长度值。其缺点是如果在测量元件移动过程中，发生异物遮挡测量光线等干扰，则测量结果无效。

本发明的目的是提供一种只需要在被测长度的两个端点位置分别进行干涉测量，就可得到这两个端点间长度值的半导体激光端点干涉测长法。这种方法的测量结果只与长度的两个端点位置有关，而不涉及长度的中间过程。

本发明的目的可以通过以下方法实现，其步骤如下：

利用基准电源给半导体激光器提供基准电流，使其以基准频率和波长工作。

通过比较器得到激光器的预置工作温度和实测工作温度之间的误差值，经驱动电路使半导体致冷器件调节激光器的工作温度，实现对激光器的自动恒温控制，避免测量过程中温度变化对激光频率和波长产生影响。

利用锯齿波调制电源在半导体激光器的基准电流上迭加锯齿波调制电流，使激光频率ν或波长λ在基准值附近小范围线性变化Δν或Δλ。

让被调制的激光束经准直透镜成为平行光束，进入两臂不等长的干涉仪光路中，经分光棱镜分成两束后，分别由干涉仪光路中短臂上位置固定的反射角锥棱镜和干涉仪光路中长臂上的反射角锥棱镜反射后，在光电探测器相干涉形成拍频信号。

用计数器对拍频信号在调制期间的变化数目进行计数。在干涉仪光路中长臂上的反射角锥棱镜分别位于被测长度的两个端点位置a和b处时，进行相同频率或波长调制量的干涉测量，分别得到拍频信号变化数目Na和Nb。

将计数器得到的拍频信号变化数目Na和Nb送入计算机，利用下式计算出两个端点a和b之间的长度值S：

                 S＝k·(Nb-Na)式中的系数k为 k = c 2 nΔν = λ 2 2 nΔλ ]]>其中，c：光速；n：空气折射率；Δν：激光频率的调制变化量，可采用高精度频率测量仪器测出；λ和Δλ：激光基准波长和波长的调制变化量，可用高精度波长测量仪器测出。

本发明提出的半导体激光端点干涉测长法区别于现有干涉测长方法的独特优点是：只需要在被测长度的两个端点位置分别进行干涉测量，就可以得到这两个端点之间的长度值，测量结果只与长度的两个端点位置有关，而不涉及长度的中间过程。因此，这种方法抗干扰性强，不存在累计误差。另外，本发明提出的半导体激光端点干涉测长法采用的半导体激光器体积小，重量轻，寿命长，价格低，相对于现有技术的激光干涉仪可以减小测量仪器的体积和重量，增加使用寿命，节约成本。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如附图所示，选择单模性好(TEM00模式输出)，稳定性好，功率约5～20mW的半导体激光器10。通过直流基准电源1给半导体激光器10提供基准电流，使激光器10以基准频率ν和基准波长λ工作。

将温度传感器5检测的激光器10的实际工作温度与预置电路6设置的激光器10的预置工作温度，一起送入比较器7，得出误差值，经驱动电路8使半导体致冷器件9调节激光器10的工作温度，使其自动恒定在预置的工作温度上，避免温度变化影响激光频率或波长。将半导体激光器10、温度传感器5和半导体致冷器件9三者固定在一个恒温小盒内，以保证实现自动恒温控制。