CN108844454A - 一种干涉仪相移装置 - Google Patents

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冯鹏
唐锋
王向朝
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02001—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties
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Abstract

一种干涉仪相移装置，包括气体密闭容器、第一光纤耦合器和第二光纤耦合器、连接在光纤耦合器上的第一光纤传输线和第二光纤传输线、气压控制模块或者温度控制模块，第一光纤耦合器和第二光纤耦合器相互准直。本发明利用改变容器内气体的气压或者温度从而改变气体折射率的方法在测量成像系统光路以外产生连续相移，消除了传统相移产生的系统误差，具有成本低、结构简单以及易组装操作的优点。

Description

一种干涉仪相移装置
技术领域
本发明涉及干涉测量领域，特别是一种在测量成像系统光路以外产生相移的简易相移装置。
背景技术
在各种基于干涉光学的实验与系统中都渴望控制光束的相位，包括点衍射干涉仪、横向剪切干涉仪，相位轮廓测定法及全息干涉，恒星干涉测量等，光学相移都能以不同的方式引入。
一般的相移方式有压电陶瓷(PZT)相移、光栅相移、偏振相移等。如在先技术(参见G.E.Sommargren，D.W.Phillion，M.A.Johnson，et al，“100-picometer interferometryfor EUVL”,SPIE Vol.4688，316-328，2002) 中通过分光棱镜、PZT、角锥棱镜等器件实现相移功能，相移是由压电陶瓷PZT 实现的，且结构复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提供一种干涉仪相移装置，利用改变气体折射率以实现连续相移。该相移装置具有结构简单且不产生系统误差的优点。
本发明的原理如下：
大气中，在光波和电磁波段，湿度变化的影响比较小，可以不考虑，折射率 n可以表述为温度T(单位：K)、气压p(单位：hPa)的函数：
n-1＝79(p/T)*10-6 --公式(1)
当温度T不变时，只改变压强p，得到公式：
δn＝(p1-p2)*79*10-6/T --公式(2)
公式(2)中p1、p2为改变前后压强值，n1、n2为改变压强前后的气体折射率；当压强p不变时，只改变温度，得到公式：
δn＝(T2-T1)*79*10-6/(T1*T2) --公式(3)
公式(3)中T1、T2为前后温度值，n1、n2为改变温度前后的气体折射率；
根据雅满干涉仪原理，可以的到公式
L*δn＝k*λ --公式(4)
其中，L为密闭容器中光纤耦合器之间的间距，δn为气体折射率改变值，k为常数，λ为波长。
根据公式(1)、(2)、(3)可知，改变密闭容器中气体温度和压强其中的一项或者两项可改变气体折射率；根据公式(4)可知，改变气体折射率即可产生相移。
本发明的技术解决方案如下：
一种干涉仪相移装置，包括气体密闭容器、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第一光纤传输线、第二光纤传输线以及控制模块；
所述的第一光纤耦合器和第二光纤耦合器分别固定在气体密闭容器的两侧，且互相准直；
所述的第一光纤传输线接在第一光纤耦合器上，第二光纤传输线连接在第二光纤耦合器上；
所述的控制模块固定在气体密闭容器上，且不会阻挡第一光纤耦合器和第二光纤耦合器光路准直，该控制模块用于控制气体密闭容器内部的气体压强或者温度的变化。
所述的控制模块为气压控制模块，用于控制气体密闭容器内部的气体压强变化。
所述的控制模块为温度控制模块，用于控制气体密闭容器内部的气体温度变化；
所述的气体密闭容器内的气体为空气。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)不需要利用精密位移台(PZT压电陶瓷)或者偏振器件，只需改变密闭容器内气压或者温度来改变气体折射率的方式即可产生相移，不产生系统误差；
(2)位于被测成像系统成像光路以外，结构简单；便于简化干涉测量系统结构，实现干涉测量过程。
附图说明
图1是本发明干涉仪相移装置第一实施例的结构示意图；
图2是本发明干涉仪相移装置第二实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明，但不应以此实施例限制本发明的保护范围。
实施例1：如图1所示，一种干涉仪相移装置包括气体密闭容器1、第一光纤耦合器201、第二光纤耦合器202、第一光纤传输线301、第二光纤传输线(302) 和气压控制模块401。
各元部件的位置连接关系如下：
第一光纤耦合器201固定在气体密闭容器1的一侧，第二光纤耦合器202固定在气体密闭容器1的另外一侧，第一光纤传输线301连接在第一光纤耦合器 201上，第二光纤传输线302连接在第二光纤耦合器202上，第一光纤耦合器201 和第二光纤耦合器202相互准直。所述的气压控制模块401固定在气体密闭容器 1上，且不会阻挡第一光纤耦合器301和第二光纤耦合器302光路准直。
本发明的工作原理和工作过程如下：第一光纤传输线301输出光的前进方向是所述的的第一光纤耦合器201，该光纤耦合器201将光纤传输进来的发散光汇聚成准直光束，第二光纤耦合器202将该准直光束耦合进第二光纤传输线302，气压控制模块401控制气体密闭容器1中的气压大小，气体密闭容器1中气压的变化会改变气体密闭容器1中气体的折射率，进而产生相移。
下面给出本实施例的一个具体参数：
设定光波波长为532nm、温度T＝300K，当容器内压强差为P1＝1hPa、 P2＝1.505hPa、P3＝2.01hPa、P4＝2.515hPa时(即每次改变0.505hPa)，气体折射率每次均改变1.33*10-7，相应每次相位延迟λ/4，连续进行即可产生四步相移。
实施例2：如图2所示，一种干涉仪相移装置包括气体密闭容器6、第一光纤耦合器701、第二光纤耦合器702、第一光纤传输线801、第二光纤传输线(802) 和温度控制模块901。
各元部件的位置连接关系如下：
第一光纤耦合器701固定在气体密闭容器6的一侧，第二光纤耦合器702固定在气体密闭容器6的另外一侧，第一光纤传输线801连接在第一光纤耦合器 701上，第二光纤传输线802连接在第二光纤耦合器702上，第一光纤耦合器701 和第二光纤耦合器702相互准直。所述的温度控制模块901固定在气体密闭容器 6上，且不会阻挡第一光纤耦合器701和第二光纤耦合器702光路准直；
本发明的工作原理和工作过程如下：第一光纤传输线801输出光的前进方向是所述的的第一光纤耦合器701，该光纤耦合器模块将光纤传输进来的发散光汇聚成准直光束，第二光纤耦合器702将该准直光束耦合进第二光纤传输线802，温度控制模块901控制气体密闭容器6中的温度，气体密闭容器6中温度变化会改变气体密闭容器6中气体的折射率，进而产生相移。
下面给出本实施例的一个具体参数：
设定光波波长为532nm、压强P＝400hPa时，当气体密闭容器中温度分别为 T1＝300K、T2＝303.8K、T3＝307.8K、T4＝311.8K时，气体折射率每次均改变1.33*10-7，相应每次相位延迟λ/4，连续进行即可产生四步相移。
本发明提供的干涉仪相移装置，不需要利用精密位移台(PZT压电陶瓷)或者偏振器件，只需要改变容器内气压或者温度来改变气体折射率这种简单的的方式即可产生连续相移，该相移装置具有结构简单、相移元件不产生系统误差的优点。

Claims (4)

1.一种干涉仪相移装置，其特征在于，包括气体密闭容器、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第一光纤传输线、第二光纤传输线以及控制模块；
所述的第一光纤耦合器和第二光纤耦合器分别固定在气体密闭容器的两侧，且互相准直；
所述的第一光纤传输线接在第一光纤耦合器上，第二光纤传输线连接在第二光纤耦合器上；
所述的控制模块固定在气体密闭容器上，且不会阻挡第一光纤耦合器和第二光纤耦合器光路准直，该控制模块用于控制气体密闭容器内部的气体压强或者温度的变化。
2.根据权利要求1所述的干涉仪相移装置，其特征在于所述的控制模块为气压控制模块，用于控制气体密闭容器内部的气体压强变化。
3.根据权利要求1所述的干涉仪相移装置，其特征在于所述的控制模块为温度控制模块，用于控制气体密闭容器内部的气体温度变化。
4.根据权利要求1-3任一所述的干涉仪相移装置，其特征在于所述的气体密闭容器内的气体为空气。
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