基於法拉第旋光效應的入射光原路返回的方法

2023-09-19 21:28:45 2

專利名稱：基於法拉第旋光效應的入射光原路返回的方法
技術領域：
本發明涉及以採用光學方法為特徵的計量方法，尤其是涉及一種基於法拉第旋光效應的入射光原路返回的方法。
背景技術：
平面鏡幹涉儀廣泛地應用於測量x-y運動平臺的線性位移，有很高的測量精度和很大的線性測量範圍，但是其最大的缺點是對被測運動平臺導軌的直線度要求非常高，被測運動平臺的稍一偏轉就使得探測器不能接收到信號，使其不可測量，當然更不可能實現對被測運動平臺因稍稍偏轉所產生的角度的測量。

發明內容
本發明的目的在於提供一種基於法拉第旋光效應的入射光原路返回的方法，能夠應用於要求光路返回的測量領域。例如應用於平面鏡幹涉儀，使其能夠克服因被測運動平臺的稍微偏轉就使得探測器不能接收到信號這一缺點，不儀能夠測量被測運動平臺的位移，而且能夠實現被測運動平臺稍稍偏轉引起的角度的測量。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一束振動方向垂直於紙面的線偏振光經過能夠旋光45°的法拉第旋光器，其偏振方向改變45°，入射至偏振分光鏡，透過偏振分光鏡和1/4波晶片至裝在被測物體上的測量平面鏡，經測量平面鏡反射至角錐稜鏡後，利用角錐稜鏡的逆反射特性，平行出射返回至原測量平面鏡，經測量平面鏡反射後再次透過1/4波晶片，由偏振分光鏡反射後垂直入射到參考平面鏡，由於光路的可逆和器件的偏振特性，垂直入射到參考平面鏡的雷射將按原路返回，最後經法拉第旋光器透射後成為振動方向平行於紙面的線偏振光，實現了光路的原路返回。
第一次入射至偏振分光鏡的線偏振光的振動方向與偏振分光鏡的透振方向平行，參考平面鏡的反射平面與偏振分光鏡的透振方向平行。
本發明具有的有益效果是1)能夠應用於要求光路返回的測量領域。
2)應用於平面鏡幹涉儀，使其能夠克服因被測運動平臺的稍微偏轉就使得探測器不能接收到信號這一缺點，不僅能夠測量被測運動平臺的位移，而且能夠實現被測運動平臺稍稍偏轉引起的角度的測量。
3)採用光學元件，結構簡單。
本發明適用於納米、微光機電、集成電路晶片製造和生物技術等測量領域。


圖1是基於法拉第旋光效應的入射光原路返回的方法。
圖2是返回裝置應用於平面鏡幹涉儀。
圖中1、雙頻雷射器，2、分束鏡，3、第一檢偏器，4、第一探測器，5第一偏振分光鏡，6、第一1/4波晶片，7、參考平面鏡，8、第二檢偏器，9、第二探測器，10、法拉第旋光器，11、第二偏振分光鏡，12、固定平面鏡，13、第二1/4波晶片，14、角錐稜鏡，15、測量平面鏡。
具體實施例方式
在圖1所示一束振動方向垂直於紙面的線偏振光經過能夠旋光45°的法拉第旋光器10，從入射方向看，偏振方向順時針方向改變了45°，入射至偏振分光鏡11，偏振分光鏡11與x-y平面45°放置，因此其透振方向與入射光的透振方向一致，f1透過偏振分光鏡11，經1/4波晶片13被裝在被測物體上的測量平面鏡反射至角錐稜鏡14，由角錐稜鏡14的逆反射特性，平行出射後重新入射至測量平面鏡15，經測量平面鏡15反射後再次透過1/4波晶片13，由於兩次透過1/4波晶片13，f1的偏振態又改變了90°，與偏振分光鏡11的透振方向垂直，經偏振分光鏡11反射後垂直入射到參考平面鏡12，參考平面鏡的反射面與偏振分光鏡11的透振方向呈平行放置。由光路的可逆原理和器件的偏振特性，f1被參考平而鏡垂直反射後將按原路返回經偏振分光鏡11反射，1/4波晶片13-測量平面鏡15-角錐稜鏡14-測量平面鏡15-1/4波晶片13，重新射至偏振分光鏡11，由於在返回過程中，再次兩次透過1/4波晶片，f1的偏振態在原來基礎上又改變了90°，與偏振分光鏡11的透振方向一致，使得f1按原路透過偏振分光鏡11，最後經法拉第旋光器順時針旋光45°後，成為振動方向平行於紙面的線偏振光，實現了光路的原路返回。
把基於法拉第旋光效應的入射光原路返回的方法應用於平面鏡幹涉儀，見圖2所示，光源為橫向塞曼效應He-Ne雙頻雷射器1，該雷射器輸出兩個不同頻率的正交線偏振光，其頻差約為1.900MHZ。雷射器1發出的雷射束被分束鏡2分成兩部分，一部分被分束鏡2反射後，經第一檢偏器3拍頻後進入第一探測器4成為參考；另一部分透過分束鏡2被第一偏振分光鏡5分成頻率不同的兩束線偏振光，被第一偏振分光鏡5反射的那束，其偏振態平行於紙面，它透過第一1/4波晶片6後，被參考平面鏡7垂直反射後，再次透過第一1/4波晶片6，由於兩次透過第一1/4波晶片，其偏振態改變90°，透過第一偏振分光鏡7後成為參考光；另一頻率的光透過第一偏振分光鏡5其偏振態與紙面垂直，經過權利要求所述的基於法拉第旋光效應的入射光原路返回裝置，按原路返回後成為振動方向平行於紙面的線偏振光，經第一偏振分光鏡5反射，透過第二檢偏器8後，與參考光拍頻進入第二探測器9。
從中可以看出，無論測量鏡怎樣運動，其反射光線只要被角錐稜鏡14捕捉，就能保證雷射按原路返回。若測量鏡作繞z方向的平面運動，x為其沿X軸的平動位移，θ為其繞Z軸旋轉的角位移，則系統的光程差可表示為OPD(x，θ)＝f(θ，α)x+g1(θ)Ls+g2(θ；n)Dr (1)f(,)=8cos2(-)cos---(2)]]>g1(θ)＝-8sin2θ (3)g2(;n)=2n2-1+cos4-2n---(4)]]>其中Dr為角錐稜鏡的直徑，Ls為起始時刻測量鏡的反射點到角錐稜鏡的垂直距離，n為角錐稜鏡的折射率，α為初始時刻測量鏡與入射雷射的夾角。當θ＝0時，g1(θ)，g2(θ)都為0，OPD(x，θ)＝8xcosα (5)這樣就根據(5)可得到被測運動平臺沿x方向的平動位移。
由於基於法拉第旋光效應的入射光原路返回裝置，使得平面鏡幹涉儀對導軌的直線度不敏感，若平行放置兩套這樣的幹涉儀，還可以實現因運動平臺稍稍偏轉引起的角度測量。
權利要求
1.基於法拉第旋光效應的入射光原路返回的方法，其特徵在於一束振動方向垂直於紙面的線偏振光經過能夠旋光45°的法拉第旋光器，其偏振方向改變45°，入射至偏振分光鏡，透過偏振分光鏡和1/4波晶片至裝在被測物體上的測量平面鏡，經測量平面鏡反射至角錐稜鏡後，利用角錐稜鏡的逆反射特性，平行出射返回至原測量平面鏡，經測量平面鏡反射後再次透過1/4波晶片，由偏振分光鏡反射後垂直入射到參考平面鏡，由於光路的可逆和器件的偏振特性，垂直入射到參考平面鏡的雷射將按原路返回，最後經法拉第旋光器透射後成為振動方向平行於紙面的線偏振光，實現了光路的原路返回。
2.根據權利要求1所述的基於法拉第旋光效應的入射光原路返回的方法，其特徵在於第一次入射至偏振分光鏡的線偏振光的振動方向與偏振分光鏡的透振方向平行，參考平面鏡的反射平面與偏振分光鏡的透振方向平行。
全文摘要
本發明公開了一種基於法拉第旋光效應的入射光原路返回的方法。一束振動方向垂直於紙面的線偏振光經過能夠旋光45°的法拉第旋光器，其偏振方向改變45°，入射至偏振分光鏡，經偏振分光鏡和1/4波晶片至裝在被測物體上的測量平面鏡，再反射至角錐稜鏡後，利用角錐稜鏡的逆反射特性，平行出射返回至原測量平面鏡，經測量平面鏡反射後再次透過1/4波晶片，由偏振分光鏡反射後垂直入射到參考平面鏡，由於光路的可逆和器件的偏振特性，垂直入射到參考平面鏡的雷射將按原路返回，最後經法拉第旋光器透射後成為振動方向平行於紙面的線偏振光，實現了光路的原路返回。可應用於光路原路返回的測量儀器。本發明適用於納米、微光機電、集成電路晶片製造和生物技術等測量領域。
文檔編號G01D5/26GK1924643SQ200610053379
公開日2007年3月7日 申請日期2006年9月13日 優先權日2006年9月13日
發明者陳本永, 鍾挺, 孫政榮, 張麗瓊, 楊濤 申請人:浙江理工大學