CN202853565U

CN202853565U - 一种声光式外差干涉仪的光路装置

Info

Publication number: CN202853565U
Application number: CN 201220310628
Authority: CN
Inventors: 句爱松; 彭博方; 杨召雷; 董洪波; 胡凯; 侯文玫
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2022-06-29

Abstract

本实用新型公开了一种声光式外差干涉仪的光路装置，包括：光源、分光镜、平面镜、一对声光调制器、偏振分光镜、一对四分之一波片、一对角锥棱镜、一对偏振片和一对光接收器。该装置利用声光调制器对入射光的位相和频率进行调制，利用其一级衍射光作为出射光，获得频率稳定性好且频差较高的双频激光，He-Ne激光器所发出的激光经分光镜分光及声光调制器后，分别经过不同的光路，所设计干涉光路两束光为非共光路，但不存在光学死程的现象。本实用新型稳定性好、光学结构简单、容易调整；可以应用于高速测量。

Description

一种声光式外差干涉仪的光路装置

技术领域

本实用新型涉及外差干涉仪，具体涉及一种声光式外差干涉仪的光路装置，利用声光调制而产生的频移双频外差干涉仪。

背景技术

外差干涉仪能够以简单的相位比较取得较高的测量分辨力，由于其结构简单，抗干扰能力强等优势，广泛应用于纳米测量技术领域。但现代机械工业的发展使得数控机床、三坐标测量机等的运行速度有了更大的提高，如加工中心工作台运行速度已达1000mm/s，美国B-S公司的Scirocco三坐标测量机运行速度达到866mm/s，这就要求外差激光光源频差要高于4MHz。因此，提高激光光源的频差，研制仍必须保持有高精度特点的高速双频激光干涉仪是机械工业发展的必然要求。

国内外的一些双频激光干涉仪多采用塞曼效应产生双频，频差在2MHz左右，测量速度可达0.4m/s。制造业的发展迫切需要对高速加工过程中的物体进行测量和定位，高测速则需要高频差。利用声光调制法可以获得双频激光，其振荡频率由石英晶振提供，频率稳定性特别好，频差可达20MHz，可以应用于高速测量。如今市场上达到此频差的成熟产品有ZYGO公司的激光干涉仪，最高测速为5.1m/s。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种声光式外差干涉仪的光路装置，以克服现有技术所存在的上述缺点和不足。本实用新型的目的在于提出一种可用于外差干涉测量的声光式外差干涉仪的光路装置。

本实用新型所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现：

一种声光式外差干涉仪的光路装置，包括：

光源，提供一束激光；

分光镜，与所述光源处于同水平线上，接受所述光源发出的光，分成两束光，一束光沿着原光路透过分光镜，另一束光向下方射出；

平面镜，设置于所述分光镜下方，将经过分光镜下方的光以水平方向反射出去；

声光调制器f₁和声光调制器f₂，分别接受分光镜分成的两束光，使两束光发生声光相互作用后产生相应不同的频移，其中，一束光沿着原光路透过分光镜，另一束光折射经过平面镜反射后，两束光分别平行入射到声光调制器f₁、声光调制器f₂，设经过声光调制器f₁、声光调制器f₂的两束出射光分别为光W₁和光W₂；

偏振分光镜，接受所述声光调制器f₁、声光调制器f₂出射的光W₁和光W₂，具有两个偏振分光膜，分为上偏振分光膜和下偏振分光膜，使W₁光分为两束正交的线偏振光，且在同一块棱镜中完成两束光W₁和光W₂汇合分光；

第一四分之一波片（5）和第二四分之一波片（7），使偏振方向旋转90度，使得原来透射的光被反射，原来反射的光被透射，所述第一四分之一波片（5）设置于所述偏振分光镜（4）的上方，所述第二四分之一波片（7）设置于所述偏振分光镜（4）旁侧；

第一角锥棱镜（6）和第二角锥棱镜（8），使光线沿平行于原光路返回，所述第一角锥棱镜（6）和所述第二角锥棱镜（8）分别设置于所述第一四分之一波片（5）的上方和所述第二四分之一波片（7）的旁侧；

第一偏振片（10）和第二偏振片（12），使两种频率的光在同方向上干涉，所述第一偏振片（10）设置于所述偏振分光镜（4）的旁侧，所述第二偏振片（12）设置于所述偏振分光镜（4）的下方；

以及

第一光接收器（9）和第二光接收器（11），使接收到的光强信号转化为电信号，所述第一光接收器（9）和第二光接收器（11）分别设置于所述第一偏振片（10）的旁侧和所述第二偏振片（12）的下方。

进一步，本实用新型的一种声光式外差干涉仪的光路装置还可以具有这样的特征：所述光源为He-Ne激光器。

进一步，本实用新型的一种声光式外差干涉仪的光路装置还可以具有这样的特征：所述两个偏振分光膜呈90°角，所述上偏振分光膜在水平线上与水平线呈45°角，所述下偏振分光膜在水平线下与水平线呈45°角。

进一步，本实用新型的一种声光式外差干涉仪的光路装置还可以具有这样的特征：所述声光调制器f₁与所述偏振分光镜之间设置一凹透镜；所述声光调制器f₂与所述偏振分光镜之间设置一凹透镜。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的干涉光路采用双声光调制器，从干涉仪内部提取参考信号而并非从声光调制器的驱动信号中提取参考信号，利用共模抑制的原理，可以消除由声光调制器振动引起的测量误差，抑制了频率漂移。

本干涉仪系统两种不同频率的光不需要经过合光，然后再分光，因此光学结构简单，且调整简单。

本干涉仪系统的非线性误差主要来自偏振分光镜的漏光和角度误差，与光源的偏振态无关。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

附图标记：

He-Ne激光器1、分光镜2、声光调制器f₁3、偏振分光镜4、四分之一波片5、角锥棱镜6、四分之一波片7、角锥棱镜8、光接收器9、偏振片10、光接收器11、偏振片12、声光调制器f₂13和偏振平面镜14。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本实用新型作进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本实用新型而非用于限定本实用新型的范围。

下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或厂商提供的条件进行。

实施例

图1为本实用新型的结构示意图，如图1所示，一种声光式外差干涉仪的光路装置，包括：He-Ne激光器1、分光镜2、声光调制器f₁3、声光调制器f₂13、偏振分光镜4、平面镜14、第一四分之一波片5、第二四分之一波片7、第一角锥棱镜6、第二角锥棱镜8、第一偏振片10、第二偏振片12、第一光接收器9、第二光接收器11。

光源采用He-Ne激光器1，提供一束激光。

分光镜2与光源处于同水平线上，接受光源发出的光，分成两束光，一束光沿着原光路透过分光镜2，另一束光垂直于原光路向下射出，经过平面镜折射后平行原光路射出。

平面镜14设置于分光镜2下方，将经过分光镜2下方的光以水平方向反射出去。

一对声光调制器f₁3和声光调制器f₂13，接受分光镜2的分成两束光，使两束光发生声光相互作用后产生相应不同的频移，其一级衍射光作为出射光。

声光调制器f₁3与偏振分光镜4之间设置一凹透镜；声光调制器f₂13与偏振分光镜4之间设置一凹透镜。凹透镜节省了空间，实现短距离空间分离两束衍射光，光阑使一级衍射光透射，同时吸收或反射零级衍射光，最后又通过透镜使发散的衍射光平行射出。

其中，一束光沿着原光路透过分光镜2，另一束光折射经过平面镜14反射后，两束光分别平行入射到声光调制器f₁3、声光调制器f₂13，设经过声光调制器f₁3、声光调制器f₂13的两束出射光分别为光W₁和光W₂；

偏振分光镜4，接受声光调制器f₁3、声光调制器f₂13出射的光W₁和光W₂，具有两个偏振分光膜，分为上偏振分光膜和下偏振分光膜。偏振分光镜4使W₁光分为两束正交的线偏振光，且在同一块棱镜中完成两束光W₁和光W₂汇合分光。

两个偏振分光膜呈90°角，上偏振分光膜在水平线上与水平线呈45°角，下偏振分光膜在水平线下与水平线呈45°角。

偏振分光镜4是两块普通偏振分光镜结合而成，光W₁在经过的光路两束光汇合后的光路都在偏振片中直到与光W₂汇合，避免了外部环境变化的影响，且这种偏振分光镜具有更容易调制，更加稳定。

第一四分之一波片5和第二四分之一波片7使偏振方向旋转90度，使得原来透射的光被反射，原来反射的光被透射，第一四分之一波片5设置于偏振分光镜4的上方，第二四分之一波片7设置于偏振分光镜4旁侧。

第一角锥棱镜6和第二角锥棱镜8使光线沿原光路返回，第一角锥棱镜6设置于第一四分之一波片5的上方，第二角锥棱镜8设置于第二四分之一波片7的旁侧。

第一偏振片10和第二偏振片12使两种频率的光在同方向上干涉，第一偏振片10设置于偏振分光镜4的旁侧，第二偏振片12设置于偏振分光镜4的下方。

第一光接收器9、第二光接收器11使接收到的光强信号转化为电信号，第一光接收器9设置于第一偏振片10的旁侧、第二光接收器11设置于第二偏振片12的下方。

声光式外差干涉仪的光路装置之中的光路虽不是共光路的，但没有光学死程，基本具有共光路干涉仪所具有的优良特性。在第一次分光时所产生的光程差光W₂所多出的光程，光W₁在经过至角锥棱镜所经过的光程以及最后与光W₁在偏振分光镜汇合后，两束光所经过光程得到相应补偿，消除了光程差，避免了光学死程。

本实用新型的光路原理：

1、分光及声光调制部分：由He-Ne激光器1发出的激光经过分光镜2分光，其中一束光沿着原光路透过分光镜2，另一束光折射经过平面镜14反射后两束光分别平行入射到声光调制器f₁3、声光调制器f₂13。为方便表达，设经过声光调制器f₁3、声光调制器f₂13的两束出射光分别为光W₁和光W₂。

2、干涉仪部分：光W₁经过偏振分光镜4分为两束正交的线偏振光，两束正交的线偏振光经过各自的光路且分别通过第一角锥棱镜6、第二角锥棱镜8使光线按原方向返回从而两次经过第一四分之一波片5、第二四分之一波片7致使偏振方向旋转90度，光的偏振方向发生了变化，使经过第二角锥棱镜8的光再次入射至偏振分光镜4时被反射，最后与射入偏振分光镜4光W₂的水平分量汇合；经过与与水平方向成45°角的第一偏振片10，通过第一光接收器9，使接收到的光强信号转化为电信号；经第一角锥棱镜6反射的光再次入射至偏振分光镜4时被透射，最后与射入偏振分光镜4的光W₂的竖直分量汇合，经过与水平方向成45°角的第二偏振片12，使接收到的光强信号转化为电信号；分别作为参考信号和测量信号。

以上对本实用新型的具体实施方式进行了说明，但本实用新型并不以此为限，只要不脱离本实用新型的宗旨，本实用新型还可以有各种变化。

Claims

1.一种声光式外差干涉仪的光路装置，其特征在于，包括：

光源，提供一束激光；

分光镜（2），与所述光源处于同水平线上，接受所述光源发出的光，分成两束光，一束光沿着原光路透过分光镜（2），另一束光向下方射出；

平面镜（14），设置于所述分光镜（2）下方，将经过分光镜（2）下方的光以水平方向反射出去；

声光调制器f₁（3）和声光调制器f₂（13），分别接受分光镜（2）分成的两束光，使两束光发生声光相互作用后产生相应不同的频移，其中，一束光沿着原光路透过分光镜（2），另一束光折射经过平面镜（14）反射后，两束光分别平行入射到声光调制器f₁（3）、声光调制器f₂（13），设经过声光调制器f₁（3）、声光调制器f₂（13）的两束出射光分别为光W₁和光W₂；

偏振分光镜（4），接受所述声光调制器f₁（3）、声光调制器f₂（13）出射的光W₁和光W₂，具有两个偏振分光膜，分为上偏振分光膜和下偏振分光膜，使W₁光分为两束正交的线偏振光，且在同一块棱镜中完成两束光W₁和光W₂汇合分光；

第一角锥棱镜（6）和第二角锥棱镜（8），使光线沿平行于原光路返回，所述第一角锥棱镜（6）设置于所述第一四分之一波片（5）的上方，所述第二角锥棱镜（8）设置于所述第二四分之一波片（7）的旁侧；

第一偏振片（10）和第二偏振片（12），使两种频率的光在同方向上干涉，所述第一偏振片（10）设置于所述偏振分光镜（4）的旁侧，所述第二偏振片（12）设置于所述偏振分光镜（4）的下方；以及

第一光接收器（9）和第二光接收器（11），使接收到的光强信号转化为电信号，所述第一光接收器（9）设置于所述第一偏振片（10）的旁侧、所述第二光接收器（11）设置于所述第二偏振片（12）的下方。

2.根据权利要求1所述的一种声光式外差干涉仪的光路装置，其特征在于：所述光源为He-Ne激光器（1）。

3.根据权利要求1所述的一种声光式外差干涉仪的光路装置，其特征在于：所述偏振分光镜（4）的两个偏振分光膜呈90°角，所述上偏振分光膜在水平线上与水平线呈45°角，所述下偏振分光膜在水平线下与水平线呈45°角。

4.根据权利要求1所述的一种声光式外差干涉仪的光路装置，其特征在于：所述声光调制器f₁（3）与所述偏振分光镜（4）之间设置一凹透镜；所述声光调制器f₂（13）与所述偏振分光镜（4）之间设置一凹透镜。