CN105444895A - 一种干涉仪激光波长的测量方法 - Google Patents

Abstract

一种干涉仪激光波长的测量方法属于光学干涉测量技术领域，该方法提出一种利用多光束干涉原理和高反射率标准具实现干涉仪激光波长快速简易测量的方法。根据多光束干涉原理，当干涉仪激光入射至高反射率标准具时，仅在某些特定的入射角度下激光透射功率较高，而在大多数入射角度下激光透射功率都接近零。在精确测量标准具的物理厚度和折射率后，可以根据标准具透射光功率达到极大值时的两个相邻入射角方便地确定干涉仪激光波长。该方法的有益效果是干涉仪激光波长测量过程简单易用，涉及到的核心光学元件仅为一块高反射率标准具，制造成本较低。

Description

一种干涉仪激光波长的测量方法

技术领域

本发明属于光学干涉测量技术领域，涉及一种干涉仪激光波长的测量方法。

背景技术

现代光学检测领域中，各种激光干涉仪(如，菲索型干涉仪、泰曼-格林干涉仪、迈克尔逊干涉仪等)得到广泛应用，激光干涉仪成为光学检测领域的核心设备之一，是获得高精度光学检测结果的重要保障。激光波长是干涉仪对检测结果进行度量的基准，因此精确测量激光波长是获得高精度检测结果的重要前提。现有技术中，通常利用基于光谱仪原理的激光波长计测量干涉仪激光波长，激光波长计虽然测量精度高，技术成熟，但是制造成本高昂，不易于广泛推广使用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种干涉仪激光波长的测量方法，该方法提出利用多光束干涉原理和高反射率标准具实现干涉仪激光波长测量。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种干涉仪激光波长的测量方法，该方法包括如下步骤：

步骤一：制作出一个上下表面平行，表面反射率大于90％的标准具；构建干涉仪激光波长测量装置，包括干涉仪、透射平面标准镜头、角锥棱镜、高反射率标准具和激光功率计；将标准镜头安装在干涉仪上，利用角锥棱镜反射干涉仪透射波前使波前自准直返回，调整标准镜头倾斜使干涉条纹接近零条纹，此时标准镜头参考面法线与透射波前平行；

步骤二：取走角锥棱镜，将高反射率标准具安装在干涉仪光路中，调整标准具倾斜使干涉条纹为零条纹，将激光功率计安装于标准具后方测量透射激光功率；

步骤三：缓慢旋转标准具，记录相邻两个透射激光功率达到峰值时的标准具旋转角度θ_i1和θ_i2，测量标准具的物理厚度d，和在干涉仪激光波长下的折射率n；透射光功率与入射光角度的函数关系满足下述关系：

$P=P_0\frac{{(1-r)}^2}{{(1-r)}^2+4r{\sin }^2\left(\frac{2\mathrm{\π}nd}{\mathrm{\λ}}{\mathrm{cos\θ}}_r\right)}$

其中，P₀是激光入射光功率，r是标准具单面反射率，λ是入射激光波长，θ_r是激光折射角，通过干涉仪激光波长公式：

λ＝2nh{cos[arcsin(sinθ_i1/n)]-cos[arcsin(sinθ_i2/n)]}

即可计算得到干涉仪激光波长，实现一种干涉仪激光波长的测量方法。

本发明的有益效果是：本发明提出一种利用多光束干涉原理和高反射率标准具实现干涉仪激光波长快速简易测量的方法。根据多光束干涉原理，当干涉仪激光入射至高反射率标准具时，仅在某些特定的入射角度下激光透射功率较高，而在大多数入射角度下激光透射功率都接近零。在精确测量标准具的物理厚度和折射率后，可以根据标准具透射光功率达到极大值时的两个相邻入射角方便地确定干涉仪激光波长。该方法的有益效果是干涉仪激光波长测量过程简单易用，涉及到的核心光学元件仅为一块高反射率标准具，制造成本较低。

附图说明

图1为高反射率标准具与多光束干涉原理示意图；

图2干涉仪激光波长测量方法示意；

图3高反射率标准具的激光透射率与激光入射角的函数关系示意图；

图中：1、干涉仪，2、透射平面标准镜头，3、角锥棱镜，4、高反射率标准具，5、激光功率计。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

一种干涉仪激光波长的测量方法，该方法包括如下步骤：

步骤一：如图1所示，将光学玻璃加工为两表面平行的光学平晶，在两表面镀制几十纳米厚的反射率大于90％的金属膜，此时就制作出一个高反射率标准具4。构建干涉仪激光波长测量装置，如图2所示，包括干涉仪1、透射平面标准镜头2、角锥棱镜3、高反射率标准具4和激光功率计5。将标准镜头2安装在干涉仪上，利用角锥棱镜3反射干涉仪透射波前使波前自准直返回，调整标准镜头2倾斜使干涉条纹尽量接近零条纹，此时标准镜头2参考面法线与透射波前平行；

步骤二：取走角锥棱镜3，将高反射率标准具4安装在干涉仪光路中，调整标准具倾斜使干涉条纹为零条纹，将激光功率计5安装于标准具4后方测量透射激光功率；

步骤三：缓慢旋转标准具4，记录相邻两个透射激光功率达到峰值时的标准具4旋转角度θ_i1和θ_i2。精确测量标准具的物理厚度d，及其在干涉仪激光波长下的折射率n。如图3所示，根据多光束干涉原理，当干涉仪激光入射至高反射率标准具时，仅在某些特定的入射角度下激光透射功率较高，而在大多数入射角度下激光透射功率都接近零。透射光功率与入射光角度的函数关系具有周期性变化规律，满足下述关系：

$P=P_0\frac{{(1-r)}^2}{{(1-r)}^2+4r{\sin }^2\left(\frac{2\mathrm{\π}nd}{\mathrm{\λ}}{\mathrm{cos\θ}}_r\right)}$

其中，P₀是激光入射光功率，r是标准具单面反射率，λ是入射激光波长，θ_r是激光折射角。令，θ_i1和θ_i2是使透射光功率达到极大值的两个相邻入射角，则干涉仪激光波长可由下式表述：

λ＝2nh{cos[arcsin(sinθ_i1/n)]-cos[arcsin(sinθ_i2/n)]}

θ_i1和θ_i2可以根据对应透射光功率达到极值时的入射角确定，此时，干涉仪激光波长可由以上公式计算得到。

Claims (1)

1.一种干涉仪激光波长的测量方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一：制作出一个上下表面平行，表面反射率大于90％的标准具；构建干涉仪激光波长测量装置，包括干涉仪、透射平面标准镜头、角锥棱镜、高反射率标准具和激光功率计；将标准镜头安装在干涉仪上，利用角锥棱镜反射干涉仪透射波前使波前自准直返回，调整标准镜头倾斜使干涉条纹接近零条纹，此时标准镜头参考面法线与透射波前平行；

步骤二：取走角锥棱镜，将高反射率标准具安装在干涉仪光路中，调整标准具倾斜使干涉条纹为零条纹，将激光功率计安装于标准具后方测量透射激光功率；

步骤三：缓慢旋转标准具，记录相邻两个透射激光功率达到峰值时的标准具旋转角度θ_i1和θ_i2，测量标准具的物理厚度d，和在干涉仪激光波长下的折射率n；透射光功率与入射光角度的函数关系满足下述关系：

$P=P_0\frac{{(1-r)}^2}{{(1-r)}^2+4{\mathrm{rsin}}^2\left(\frac{2\mathrm{\π}nd}{\mathrm{\λ}}{\mathrm{cos\θ}}_r\right)}$

其中，P₀是激光入射光功率，r是标准具单面反射率，λ是入射激光波长，θ_r是激光折射角，通过干涉仪激光波长公式：

λ＝2nh{cos[arcsin(sinθ_i1/n)]-cos[arcsin(sinθ_i2/n)]}

即可计算得到干涉仪激光波长，实现一种干涉仪激光波长的测量方法。