一种大角度斐索干涉仪波长测量装置

1.本发明涉及光学测量技术领域，具体涉及一种大角度斐索干涉仪波长测量装置。


背景技术：

2.现如今光学研究越来越成熟，我们对光的应用也越来越广泛。激光波长作为测量的基准值，被广泛应用于长度、速度、角度平面度、直线度和垂直度等测量，是精密计量、精密机械和微电子工业领域的重要测量参数。精确地测量波长更是量值溯源的关键技术。用来精确测量激光波长的仪器称作波长计，大多数波长计都是利用干涉法来测量激光波长。基于不同的干涉装置，大致把波长计分为迈克尔逊干涉型、fp干涉型和斐索干涉型三种类型。
3.传统的迈克尔逊和fp干涉型波长计测量精度低，多光束斐索干涉仪能够快速高效的实现波长的高精度测量。一般的斐索干涉型波长计中的斐索干涉仪采用的是双平行平板玻璃组成的楔形干涉模块，无论是在透射端采集干涉条纹还是在反射端采集干涉条纹，不参与主要干涉的平行平板表面反射光都会对最终的干涉条纹产生影响，从而降低波长测量精度。


技术实现要素：

4.有鉴于此，为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种大角度斐索干涉仪波长测量装置，可排除无用反射光对最终干涉条纹产生的误差影响，提高了波长的最终测量精度。
5.本发明通过以下技术手段解决上述问题：
6.一种大角度斐索干涉仪波长测量装置，包括沿主光路共轴依次放置的光纤端口、离轴抛物面镜、斐索干涉仪、柱面镜和线阵ccd；
7.激光通过光纤端口入射到离轴抛物面镜上进行准直，将从光纤端口出射的散射光准直成具有一定光斑大小的平行光；准直后的光入射到斐索干涉仪，从斐索干涉仪反射出来的光通过柱面镜入射到线阵ccd上形成干涉条纹；柱面镜把斐索干涉仪反射出的干涉条纹在竖直方向进行缩束，增大最终入射到线阵ccd上的干涉条纹的光强。
8.作为优选地，所述斐索干涉仪包括两块具有大角度的第一楔形窗口镜和第二楔形窗口镜；
9.第一楔形窗口镜中的第一斜面与第二斜面存在一定的大角度夹角，第二楔形窗口镜中的第三斜面与第四斜面也存在与第一楔形窗口镜的楔角一样的大角度夹角，该大角度夹角为15
°
～35
°
；第一楔形窗口镜中的第二斜面与第二楔形窗口镜中的第三斜面存在一定的微小角度，该微小角度为1～3arcmin；准直光入射到斐索干涉仪中，第一楔形窗口镜上的第一斜面把准直光从一个方向反射，而第一楔形窗口镜上的第二斜面把准直光从另一个相反的方向反射；第二楔形窗口镜上的第三斜面把准直光从与第一楔形窗口镜中第二斜面反射光相同方向反射，第二楔形窗口镜上的第四斜面把准直光从第一楔形窗口镜中第一斜面
反射光相同方向反射；避免第一楔形窗口镜中第一斜面与第二楔形窗口镜中第四斜面的反射光参与到干涉中。
10.作为优选地，所述大角度夹角为20
°
。
11.作为优选地，所述斐索干涉仪测量波长过程如下：一束波长为λs的标准光入射，得到一组条纹间距为δxs的干涉条纹；待测光波长为λu，入射到斐索干涉仪上产生的干涉条纹间距为δxu；有如下关系：λs＝2nα
·
δxs，λu＝2nα
·
δxu；得到波长的初始测量值：λu＝δxu/δxs·
λs；n为空气折射率，α为第二斜面与第三斜面的夹角；在线阵ccd上取得的待测激光的干涉条纹图中，第一个光强最小值处，有如下关系：δl＝m
·
λu，m为干涉条纹级数，δl为光程差，δl＝2nd，d为劈尖最小厚度；m＝δl/λu，计算得干涉条纹级数m，对其取整；设线阵ccd第一个像素点为x0，x0距离第一个条纹最小值处的距离为l，最终测量的待测激光波长由如下公式计算：λ
uf
＝δl/(m+l/δxu)。
12.作为优选地，所述大角度斐索干涉仪波长测量装置还包括平面反射镜，所述平面反射镜设置于离轴抛物面镜和斐索干涉仪之间，用于将准直后的光反射到斐索干涉仪中。
13.作为优选地，所述光纤端口位于离轴抛物面镜的焦点位置处。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：
15.1、本发明大角度斐索干涉仪波长测量装置所用的准直器件离轴抛物面镜以及斐索干涉仪都可以在很宽的一个波长范围内使用。
16.2、本发明大角度斐索干涉仪波长测量装置所用的斐索干涉仪避免了不想要的反射面所产生的反射光对最终干涉条纹产生的影响，进一步提高了波长最终的测量精度。
17.3、带角度的楔形窗口镜组成的斐索干涉仪的设计成功避免了一般斐索干涉仪对窗口镜进行镀膜，镀膜会导致其可用波长范围变小，而此设计避免了镀膜使得可用波长范围变得很宽。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
19.图1是本发明大角度斐索干涉仪波长测量装置的结构示意图；
20.附图标记说明：
21.1、光纤端口；2、离轴抛物面镜；3、平面反射镜；4、斐索干涉仪；41、第一楔形窗口镜；42、第二楔形窗口镜；411、第一斜面；412、第二斜面；421、第三斜面；422、第四斜面；5、柱面镜；6、线阵ccd。
具体实施方式
22.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.如图1所示，本发明提供一种大角度斐索干涉仪波长测量装置，包括沿主光路共轴依次放置的光纤端口1、离轴抛物面镜2、平面反射镜3、斐索干涉仪4、柱面镜5和线阵ccd 6；所有光学元件相对于仪器底座平面同轴等高。上述各部分的位置关系如下：激光通过光纤端口1入射到离轴抛物面镜2上进行准直，准直后的光再从平面反射镜3入射到斐索干涉仪4，从斐索干涉仪4反射出来的光通过柱面镜5入射到线阵ccd 6上形成干涉条纹。
24.所述光纤端口1位于离轴抛物面镜2的焦点位置处。
25.所述离轴抛物面镜2为宽波段高反射率的离轴抛物面镜，将从光纤端口1出射的散射光准直成具有一定光斑大小的平行光，再通过平面反射镜3入射到斐索干涉仪4上。
26.所述柱面镜5把斐索干涉仪4反射出的干涉条纹在竖直方向进行缩束，增大最终入射到线阵ccd 6上的干涉条纹的光强。
27.所述斐索干涉仪4为两块具有大角度的第一楔形窗口镜41和第二楔形窗口镜42组成，第一楔形窗口镜41中的第一斜面411与第二斜面412存在一定的大角度夹角，第二楔形窗口镜42中的第三斜面421与第四斜面422也存在与第一楔形窗口镜41的楔角一样的大角度夹角，该大角度夹角为15
°
～35
°
，优选大角度夹角约为20
°
；第一楔形窗口镜41中的第二斜面412与第二楔形窗口镜42中的第三斜面421存在一定的微小角度，该微小角度约为1～3arcmin。准直光从反射镜3入射到斐索干涉仪4中，如图(1)所示，第一楔形窗口镜41上的第一斜面411把准直光从一个方向反射，而第一楔形窗口镜41上的第二斜面412把准直光从另一个相反的方向反射；第二楔形窗口镜42上的第三斜面421把准直光从与第一楔形窗口镜41中第二斜面412反射光相同方向反射，第二楔形窗口镜42上的第四斜面422把准直光从第一楔形窗口镜41中第一斜面411反射光相同方向反射；避免了第一楔形窗口镜41中第一斜面411与第二楔形窗口镜42中第四斜面422的反射光参与到干涉中。
28.所述斐索干涉仪测量波长原理如下：一束波长为λs的标准光入射，得到一组条纹间距为δxs的干涉条纹；待测光波长为λu，入射到干涉仪上产生的干涉条纹间距为δxu。有如下关系：λs＝2nα
·
δxs，λu＝2nα
·
δxu。可以得到波长的初始测量值，λu＝δxu/δxs·
λs。n为空气折射率，α为第二斜面412与第三斜面421的夹角。在线阵ccd 6上取得的待测激光的干涉条纹图中，第一个光强最小值处，有如下关系：δl＝m
·
λu，m为干涉条纹级数，δl为光程差，δl＝2nd，d为劈尖最小厚度。m＝δl/λu,计算得干涉级数m，对其取整。设线阵ccd 6第一个像素点为x0，x0距离第一个条纹最小值处的距离为l，最终测量的待测激光波长可以由如下公式计算：λ
uf
＝δl/(m+l/δxu)。
29.本发明大角度斐索干涉仪波长测量装置所用的准直器件离轴抛物面镜以及斐索干涉仪都可以在很宽的一个波长范围内使用。
30.本发明大角度斐索干涉仪波长测量装置所用的斐索干涉仪避免了不想要的反射面所产生的反射光对最终干涉条纹产生的影响，进一步提高了波长最终的测量精度。
31.带角度的楔形窗口镜组成的斐索干涉仪的设计成功避免了一般斐索干涉仪对窗口镜进行镀膜，镀膜会导致其可用波长范围变小，而此设计避免了镀膜使得可用波长范围变得很宽。
32.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保
护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。