CN211317545U - 一种采用激光干涉原理的实时波长检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光波长测量技术领域，提出一种采用激光干涉原理的实时波长检测装置，包括读数头、三角波反射镜，所述读数头包括激光器、分光镜、反射镜、聚光透镜、光电探测器、处理器。本方案仅使用可数的光学器件，即可完成对待测激光束波长的测量，将三角波反射镜或读数头的水平位移量或垂直位移量转化为激光束多倍光程差的变化，在保证激光束波长测量精度的情况下，还简化了激光波长测量装置的复杂性。

Description

一种采用激光干涉原理的实时波长检测装置

技术领域

本实用新型涉及激光波长测量技术领域，特别涉及一种采用激光干涉原理的实时波长检测装置。

背景技术

激光波长的精确测量对于光学精密测量领域至关重要，以激光干涉仪为例，其测量精度与激光波长的精度直接相关，如何提高激光波长的测量精度，降低激光波长测量装置的复杂度与成本，成了相关领域的重要研究内容。

实用新型内容

本实用新型为简化激光波长测量装置的复杂性，提高测量激光束波长的精度，提供一种采用激光干涉原理的实时波长检测装置。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型实施例提供了以下技术方案：

一种采用激光干涉原理的实时波长检测装置，包括读数头，还包括三角波反射镜，用于接收分光镜透射的激光束，以及反射镜反射的激光束，并将反射镜反射的激光束反射至聚光透镜；

所述读数头包括：

激光器，用于发射激光束；

分光镜，用于将激光器发射的激光束透射至三角波反射镜，以及反射至聚光透镜；

反射镜，用于接收三角波反射镜反射的激光束，并将三角波反射镜反射的激光束再次反射至三角波反射镜；

聚光透镜，用于接收分光镜、三角波反射镜反射的激光束，并将接收到的激光束透射至光电探测器；

光电探测器，用于接收聚光透镜透射的激光束；

处理器，用于检测光电探测器上产生的干涉现象，并记录读数头与三角波反射镜之间的相对移动位移。

本方案仅使用可数的光学器件，即可完成对待测激光束波长的测量，在保证激光束波长测量精度的情况下，还简化了激光波长测量装置的复杂性。

为了完善激光波长的测量工作，所述分光镜倾斜设置于三角波反射镜的上方，且与水平方向存在30度夹角；所述反射镜与分光镜相互平行。

为了增加激光束光程差变化量，所述反射镜包括多个，每个反射镜用于接收三角波反射镜反射的激光束，并将接收到的激光束再次反射至三角波反射镜。

更进一步地，为了更详细的说明本实用新型的具体结构，所述三角波反射镜包括N个结构相同的反射结构，每个所述反射结构包括第一反射面、第二反射面，所述第一反射面或第二反射面与反射镜平行，且第一反射面与第二反射面之间存在120度夹角。

为了更好的完成激光束聚光效果，所述聚光透镜为凸透镜，且平行于水平方向设置。

优选地，所述聚光透镜为无球差透镜。

优选地，所述位移通过无导轨的压电陶瓷式驱动器实现。

更进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述三角波反射镜、读数头均设置于壳体内，且三角波反射镜与壳体相对固定设置，以及读数头相对于壳体移动设置；或三角波反射镜与壳体相对移动设置，以及读数头相对于壳体固定设置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

通过三角波反射镜与若干个反射镜对激光束的反射作用，将三角波反射镜或读数头的位移量转化为激光束的多倍光程差的变化，极大的提高了激光束波长测量的精度；

通过增加反射镜的数量可以进一步增加激光束光程差的变化量，即可更好的实现激光束波长的高精度测量。同时可以缩小反射镜的尺寸，避免一个大尺寸的反射镜加工难度大，精度难以保证的问题，且设置多个反射镜可以减小测头整体尺寸，便于保障波长测量精度。

在竖直方向进行激光波长测量时，还可以避免重力对测量结果的影响，进一步保障波长测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中一个所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例1提供的装置结构示意图；

图2为本实用新型实施例1提供的装置水平方向工作时的示意图；

图3为本实用新型实施例1提供的装置工作时的局部放大示意图；

图4为本实用新型实施例1提供的装置竖直方向工作时的示意图；

图5为本实用新型实施例2提供的装置水平方向工作时激光束的光程差计算示意图；

图6为本实用新型图5的局部放大示意图。

主要元件符号说明

读数头1，激光源100；分光镜200；第一反射镜310；第二反射镜320；聚光透镜400，光电探测器500，三角波反射镜600；第一反射面610；第二反射面620。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性，或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

实施例1：

本实用新型通过下述技术方案实现，如图1所示，一种采用激光干涉原理的实时波长检测装置，包括三角波反射镜、读数头，所述读数头包括激光器、分光镜、反射镜、聚光透镜、光电探测器、处理器，其中：

激光器，用于向分光镜发射激光束。该激光束的波长为未知，即本方案需要测量波长的激光束。

分光镜，倾斜设置于三角波反射镜的上方，且与水平方向存在30度夹角，用于接收激光器发送的激光束，并将激光束透射至三角波反射镜，以及反射至聚光透镜。为了便于后文区分，将分光镜透射至三角波反射镜的激光束定义为透射激光束，将分光镜反射至聚光透镜的激光束定义为反射激光束。

反射镜，倾斜设置于三角波反射镜的上方，且与分光镜相互平行，用于接收三角波反射镜反射的激光束，并将接收到的激光束再次反射至三角波反射镜。

聚光透镜，设置于反射镜远离三角波反射镜的一侧，并且于水平方向平行设置，用于接收分光镜反射的反射激光束和三角波反射镜反射的透射激光束，并将接收到的反射激光束和透射激光束透射至光电探测器。

光电探测器，设置于聚光透镜的焦点处，用于接收聚光透镜透射的反射激光束和透射激光束。

处理器，用于检测光电探测器上产生的干涉现象，并记录读数头或三角波反射镜移动的位移量，以及计算出激光束的波长。

本实用新型在水平方向上移动读数头或三角波反射镜，将读数头或三角波反射镜的水平位移量转化为激光束多倍光程差的变化，以改变光电探测器上的干涉现象，使用光电探测器实时检测光电探测器上产生的干涉现象，以及记录读数头或三角波反射镜的位移量，已知激光束、分光镜、反射镜的倾斜角度，即可根据处理器记录的位移量，计算出透射激光束和反射激光束之间的光程差变化量，从而计算出激光束的波长，极大提高了激光束波长测量的精度。

更进一步的，为了更好的计算透射激光束和反射激光束之间的光程差变化量，设置多个平行的反射镜，如图1所示，本实施例设置两个反射镜，分别为第一反射镜、第二反射镜。其中第一反射镜用于接收分光镜透射至三角波反射镜后，再由三角波反射镜反射出来的透射激光束，并将接收到的透射激光束再次反射至三角波反射镜；第二反射镜用于接收第一反射镜反射至三角波反射镜后，再由三角波反射镜反射出来的激光束，并将接收到的激光束再次反射至三角波反射镜。在移动读数头或三角波反射镜时，透射激光束在每个反射镜处产生的光程变化量很小，因此设置多个反射镜，成倍增大透射激光束的光程变化量，以便之后计算激光束的波长，进一步提高激光束波长测量的精度。

本实施例设置读数头移动，而三角波反射镜固定，如图2所示，实线为读数头移动前的位置，虚线为读数头移动后的位置。可以从图2中看出，以箭头所指方向移动，读数头移动后，反射激光束的光程并没有发生变化，但透射激光束的光程发生了变化，那么反射激光束与透射激光束之间的光程差变化量即为透射激光束的光程差变化量。根据激光干涉原理可知，光程差变化量等于波长的整数倍，那么本实施例处理器检测光电探测器上间隔的相长干涉个数M，以及记录的读数头位移量，即可计算出激光束的波长。

为更清楚的说明透射激光束和反射激光束的光程差变化量，如图3所示为图2的局部放大示意图，可以看出所述分光镜在水平方向上的夹角为30度，从分光镜反射至聚光透镜的反射激光束与水平方向垂直，则说明激光器发射的激光束与水平方向上的夹角为150度。

所述三角波反射镜包括若干个反射结构，每个反射结构包括第一反射面、第二反射面，如图所示，第二反射面与水平方向的夹角为30度，第一反射面与水平方向的夹角为150度，第一反射面与第二反射面之间的夹角为120度钝角。第二反射面与分光镜和反射镜平行，第一反射面与从分光镜透射出来的透射激光束平行。

由标记了角度的图3可以看出，移动读数头后的透射激光束(虚线)与移动之前的透射激光束(实线)存在光程变化，根据分光镜、反射镜、三角波反射镜的角度关系，即可计算出透射激光束移动后的光程变化量。本实施例不限定分光镜、反射镜、三角波反射镜的高度，根据简单的三角关系即可算出透射激光每反射一次对应的光程差变化量。

所述聚光透镜选用凸透镜，当两束平行的光垂直射入凸透镜时，两束光透过凸透镜后均会经过凸透镜的焦点，因此使用具有聚光效果的凸透镜，并将光电探测器设置于所述聚光透镜的焦点处，以使得透过聚光透镜的两束激光束能射入光电探测器。

所述三角波反射镜、读数头均设置于壳体内，且三角波反射镜与壳体相对固定设置，以及读数头相对于壳体移动设置；或三角波反射镜与壳体相对移动设置，以及读数头相对于壳体固定设置。在测量工作时，使三角波反射镜或读数头任一相对于壳体可以固定，另一相对于壳体移动，均可完成激光束波长的测量工作，而图中所示，即为三角波反射镜相对于壳体固定，读数头相对于壳体移动。

基于上述激光干涉仪，提出一种采用激光干涉原理的实时波长检测装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤S1：将三角波反射镜固定设置于壳体内，并将读数头滑动设置于壳体内。

设置读数头时，还包括以下步骤：

将激光源设置于壳体内，使得激光源发射的激光束与水平方向的夹角为150度；将分光镜、反射镜相互平行设置于壳体内，且分光镜、反射镜与水平方向的夹角为30度；将聚光透镜设置于反射镜远离三角波反射镜的一侧，并使得聚光透镜能接收到三角波反射镜、分光镜反射的激光束；将光电探测器设置于聚光透镜的焦点处，使得光电探测器上能接收到聚光透镜透射的两束激光束，并产生干涉现象。

步骤S2：开启激光源，使用处理器检测光探测器上产生的干涉现象，在水平方向上移动读数头，使得光电探测器上产生的干涉现象为相长干涉/相消干涉。

需要说明的是，在检测光电探测器上产生得干涉现象时，为便于检测，可只检测产生的相长干涉或相消干涉。

步骤S3：再次在水平方向上移动读数头，直到光电探测器上产生第M个相长干涉/相消干涉，使用处理器记录本次读数头移动的位移量X。

步骤S4：根据读数头的位移量X，计算出激光束的光程差变化量，从而计算出激光束的波长。

作为另一种实施方式，一种采用激光干涉原理的实时波长检测装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤S1：或将三角波反射镜滑动设置于壳体内，并将读数头固定设置于壳体内。

设置读数头时，还包括以下步骤：

将激光源设置于壳体内，使得激光源发射的激光束与水平方向的夹角为150度；将分光镜、反射镜相互平行设置于壳体内，且分光镜、反射镜与水平方向的夹角为30度；将聚光透镜设置于反射镜远离三角波反射镜的一侧，并使得聚光透镜能接收到三角波反射镜、分光镜反射的激光束；将光电探测器设置于聚光透镜的焦点处，使得光电探测器上能接收到聚光透镜透射的两束激光束，并产生干涉现象。

步骤S2：开启激光源，使用处理器检测光探测器上产生的干涉现象，在水平方向上移动三角波反射镜，使得光电探测器上产生的干涉现象为相长干涉/相消干涉。

步骤S3：再次在水平方向上移动三角波反射镜，直到光电探测器上产生第M个相长干涉/相消干涉，使用处理器记录本次三角波反射镜移动的位移量X。

步骤S4：根据三角波反射镜的位移量X，计算出激光束的光程差变化量，从而计算出激光束的波长。

作为另一种实施方式，一种采用激光干涉原理的实时波长检测装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤S1：将三角波反射镜或读数头滑动设置于壳体内，并将读数头或三角波反射镜固定设置于壳体内；

步骤S2：开启激光源，使用处理器检测光探测器上产生的干涉现象，在竖直方向上移动三角波反射镜或读数头，使得光电探测器上产生的干涉现象为相长干涉/相消干涉；

步骤S3：再次在竖直方向上移动三角波反射镜或读数头，直到光电探测器上产生第M个相长干涉/相消干涉，使用处理器记录本次三角波反射镜移动的位移量X；

步骤S4：根据三角波反射镜或读数头的位移量X，计算出激光束的光程差变化量，从而计算出激光束的波长。

实施例2：

本实施例对在水平方向上移动读数头后，透射激光束发生的光程差变化量进行计算，如图5所示，处理器记录到读数头在水平方向上移动的位移量为X，假设透射激光束在第二反射面上的落点在竖直方向上移动了h的高度，从图5中可以看出，透射激光束的光程差变化量即为h+L。将图5局部放大为图6所示，可以计算得到

因此透射激光束的光程差变化量为

根据激光反射次数即可计算出透射激光的整体光程差变化量，计算出透射激光束的光程差变化量后，即可计算出激光束的波长。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种采用激光干涉原理的实时波长检测装置，包括读数头，其特征在于：还包括三角波反射镜，用于接收分光镜透射的激光束，以及反射镜反射的激光束，并将反射镜反射的激光束反射至聚光透镜；

所述读数头包括：

激光器，用于发射激光束；

分光镜，用于将激光器发射的激光束透射至三角波反射镜，以及反射至聚光透镜；

反射镜，用于接收三角波反射镜反射的激光束，并将三角波反射镜反射的激光束再次反射至三角波反射镜；

聚光透镜，用于接收分光镜、三角波反射镜反射的激光束，并将接收到的激光束透射至光电探测器；

光电探测器，用于接收聚光透镜透射的激光束；

处理器，用于检测光电探测器上产生的干涉现象，并记录读数头与三角波反射镜之间的相对移动位移。

2.根据权利要求1所述的一种采用激光干涉原理的实时波长检测装置，其特征在于：所述分光镜倾斜设置于三角波反射镜的上方，且与水平方向存在30度夹角；所述反射镜与分光镜相互平行。

3.根据权利要求2所述的一种采用激光干涉原理的实时波长检测装置，其特征在于：所述反射镜包括多个，每个反射镜用于接收三角波反射镜反射的激光束，并将接收到的激光束再次反射至三角波反射镜。

4.根据权利要求2所述的一种采用激光干涉原理的实时波长检测装置，其特征在于：所述三角波反射镜包括N个结构相同的反射结构，每个所述反射结构包括第一反射面、第二反射面，所述第一反射面或第二反射面与反射镜平行，且第一反射面与第二反射面之间存在120度夹角。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种采用激光干涉原理的实时波长检测装置，其特征在于：所述聚光透镜为凸透镜，且平行于水平方向设置。

6.根据权利要求5所述的一种采用激光干涉原理的实时波长检测装置，其特征在于：所述三角波反射镜、读数头均设置于壳体内，且三角波反射镜与壳体相对固定设置，以及读数头相对于壳体移动设置；或三角波反射镜与壳体相对移动设置，以及读数头相对于壳体固定设置。

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