一種寬帶光源的無色差頻移及外差幹涉信號產生裝置的製作方法
2024-02-03 22:38:15
專利名稱：一種寬帶光源的無色差頻移及外差幹涉信號產生裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種寬帶光源的無色差頻移及外差幹涉信號產生裝置，尤其是涉及一種應用於光學幹涉測量，弱反射、不連續表面進行高精度幹涉測量及對加工過程中零件的形狀進行在線高速和高精度測量的寬帶光源的無色差頻移及外差幹涉信號產生裝置。
最近，隨著超發光二極體SLD(Super Luminescent diode)和超短脈衝雷射器等高亮度寬帶光源的普及，寬帶光源的幹涉測量方法再度引起人們的興趣。由於這種光源的相干長度短，可通過用零級條紋進行對準，輔助以幹涉儀參考臂的掃描，來測量具有臺階面的複雜形狀零件。但是當被測物體是具有金屬光澤的反射面、並具有一定的傾斜角度時，會由於表面散射的測量光很弱，而由斜面或尖角反射進入探測器的光非常強而使信噪比降低，影響測量精度。因此從強噪聲中提取弱信號是非常重要的。為了提高對弱散射面幹涉測量的靈敏度，除了增加光強和探測器的靈敏度外，外差幹涉測量是一種非常有效的方法。基於外差檢測的雷射幹涉儀(如基於塞曼效應的雙頻雷射幹涉儀，基於電光調製、聲光調製的幹涉儀等等)早已被廣泛用於對各種幾何量的測量。
但是對於寬帶光源的外差調製，由於要考慮不同波長的色差效應，通用的調製器件難以達到滿意的調製效果。目前基於外差檢測的寬帶光源幹涉儀已引起人們的關注。A.C.Oliverira等人使用半導體雷射器為光源，通過壓電陶瓷振動反射鏡進行調製，實現對生物活體的外差檢測，參見文獻A.C.Oliveira，F.M.M.Yasuoka，J.B.Santos，L.A.V.Carvalho andJ.C.Castro，「Low-coherence lock-in interferometer for ophthalmology」，Rev.Sci.Instrum.69(1998)1877-1881。日本計量研究所的H.Matusmoto等人於99年在國際上率先提出了基於聲光調製器的白光外差幹涉測量技術，參見文獻Matsumoto and A.Hirai，「Awhite light interferometer using a lamp source and heterodyne detection withacousto-optic modulators」，Opt.Comm.170(1999)，217-220和Hirai and H.Matsumoto，「High-sensitivity surface profile measurements by heterodyne white-lightinterferometer」，Opt.Eng.40(2001)387-391。外差信號由兩個頻差相差100kHz的聲光調製器產生。白光聚焦於兩個聲光調製器中心，並用兩個球心位於聲光調製器中心的球面鏡，使由聲光調製器衍射的光沿原路返回，從而消除了寬帶光源的色差效應。這種調製方法的問題是測量範圍不能很大，因為改變光程差(或幹涉儀參考臂的掃描)是靠移動其中一個球面鏡實現的，當球面鏡球心偏離聲光調製器中心時會引入「色差」。
本發明提出的一種寬帶光源的無色差頻移信號產生裝置，其特徵在於，該裝置含有光源1用於產生寬帶光；光柵2被寬帶光沿垂直柵線方向掃描且用於產生調製信號；光柵3用於補償色差且與光柵2平行靜止放置及與光柵2的參數相同。
根據本發明提出的另一種寬帶光源的無色差頻移信號產生裝置的外差幹涉信號產生裝置，其特徵在於，該裝置含有光源1用於產生寬帶光；光柵2被寬帶光沿垂直柵線方向掃描且用於產生調製信號；光柵3用於補償色差且與光柵2平行靜止放置及與光柵2的參數相同；平面反射鏡4、5用於使沿原路返回來的光柵3的衍射光通過設置在寬帶光輸入光路上的分光鏡6產生外差幹涉信號；根據本發明提出的再一種寬帶光源的無色差頻移信號產生裝置的外差幹涉信號產生裝置，其特徵在於，該裝置含有光源1用於產生寬帶光；光柵2被寬帶光沿垂直柵線方向掃描且用於產生調製信號；光柵3用於補償色差且與光柵2平行靜止放置及與光柵2的參數相同；平面反射鏡4、5用於通過設置於平面反射鏡4和5之間的分光鏡6把來自於光柵3的兩路光匯合產生外差幹涉信號。
利用本發明的寬帶光源的無色差頻移及外差幹涉信號產生裝置，可使用雙光柵來產生寬帶光源的無色差的頻移，實現對寬帶光源的外差調製，使之可以用於對具有弱反射、臺階面的複雜零件進行高精度幹涉測量。
圖2為本發明的結構示意圖。
圖3為本發明的結構示意圖。
在
圖1所示的結構示意圖中可以看出，寬帶光源(1)的光經準直後入射到光柵(3)的O點上。該光柵由移動臺帶動沿垂直柵線方向以速度V移動進行掃描。光柵(3)的+1級衍射光I1入射到一個平行放置且參數完全相同的光柵(2)上。由光柵(2)產生的-1級衍射光I1，-1平行於光柵(3)的入射光；同樣，當光柵(3)的-1級衍射光I-1入射到光柵(2)上時，由光柵(2)產生的+1級衍射光I-1，1平行於光柵(3)的入射光。如果柵距為d，則光柵(3)的±1級衍射光的頻移為±Δf＝V/d。由於對稱性，OA＝OA』，OB＝OB』當由光柵(2)出射的這兩束衍射光(I1，-1和I-1，1)進行幹涉時，由光柵(3)產生的色差被補償。
在圖2所示的結構示意圖中，用兩個平面反射鏡(4)和(5)分別將±1級雷射反射回光柵(2)，經過衍射之後再到光柵(3)，在光柵(3)的入射光路中加分光鏡可獲得外差幹涉信號。
在圖3所示的結構示意圖中，I-1，1光被用平面反射鏡(4)反射，通過分光鏡(6)後被平面反射鏡(5)反射，再被分光鏡(6)反射後與通過分光鏡(6)的I1，-1光幹涉從而產生外差幹涉信號
權利要求
1.一種寬帶光源的無色差頻移信號產生裝置，其特徵在於，該裝置含有光源[1]用於產生寬帶光；光柵[2]被寬帶光沿垂直柵線方向掃描且用於產生調製信號；光柵[3]用於補償色差且與光柵[2]平行靜止放置及與光柵[2]的參數相同。
2.根據權利要求1所述的一種寬帶光源的無色差頻移信號產生裝置的外差幹涉信號產生裝置，其特徵在於，該裝置含有光源[1]用於產生寬帶光；光柵[2]被寬帶光沿垂直柵線方向掃描且用於產生調製信號；光柵[3]用於補償色差且與光柵[2]平行靜止放置及與光柵[2]的參數相同；平面反射鏡[4]、[5]用於使沿原路返回來的光柵[3]的衍射光通過設置在寬帶光輸入光路上的分光鏡[6]產生外差幹涉信號；
3.根據權利要求1所述的一種寬帶光源的無色差頻移信號產生裝置的外差幹涉信號產生裝置，其特徵在於，該裝置含有光源[1]用於產生寬帶光；光柵[2]被寬帶光沿垂直柵線方向掃描且用於產生調製信號；光柵[3]用於補償色差且與光柵[2]平行靜止放置及與光柵[2]的參數相同；平面反射鏡[4]、[5]用於通過設置於平面反射鏡[4]和[5]之間的分光鏡[6]把來自於光柵[3]的兩路光匯合產生外差幹涉信號。
全文摘要
本發明涉及一種寬帶光源的無色差頻移及外差幹涉信號產生裝置，屬於在線高速和高精度測量技術領域。該裝置含有用於產生寬帶光的光源1，被寬帶光沿垂直柵線方向掃描且用於產生調製信號的光柵2和用於補償色差且與光柵2平行靜止放置及與光柵2的參數相同的光柵3，用於使沿原路返回來的光柵3的衍射光通過設置在寬帶光輸入光路上的分光鏡6產生外差幹涉信號的平面反射鏡4、5。利用本發明的寬帶光源的無色差頻移及外差幹涉信號產生裝置，可使用雙光柵來產生寬帶光源的無色差的頻移，實現對寬帶光源的外差調製，使之可以用於對具有弱反射、臺階面的複雜零件進行高精度幹涉測量。
文檔編號G01B11/24GK1431462SQ03104769
公開日2003年7月23日 申請日期2003年2月28日 優先權日2003年2月28日
發明者曾理江, 汪凱巍 申請人:清華大學