专利名称：一种基于马赫曾德干涉光路的光程四倍增测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于马赫曾德干涉光路的光程四倍增测量装置，属于光学测 量技术领域。
背景技术：
在通常的光学测量过程中，往往需要通过增加光程差的方法来达到提高测量精度 的目的。以迈克尔逊干涉仪应用于光学测量过程为例，可以设法将待测的物理量转化 为迈克尔逊千涉仪中动镜的位移A而此位移量^使干涉仪中由分束镜分开的两束光
产生2d的光程差，进一步依据光程差所引起的干涉条纹的偏移可以求出待测物理量的 值。由于最终的待测量由干涉条纹解调得到，如果同样大小的动镜位移"能够使干涉 仪中两束光产生更大的光程差，则干涉条纹的偏移量将增大，干涉仪的测量精度可以 进一步提高。
原有的测量装置中，采用光束多次反射的方法，通过移动反射镜可以达到大幅度 增加光程的目的，但是经过多次反射后光束角度难以控制，并且总光程难以计算精确， 同时该装置也不适合应用于类似迈克尔逊干涉仪光路结构的光学测量过程中。由于从 移动反射镜反射回来的光束与光束入射时的角度不能实现一致(因为，在保证光束强 度尽可能不衰减的条件下无法做到由移动反射镜垂直反射)，所以相同的动镜位移难以 产生较大的光程，所以在实际应用中不能够带来极大方便。 发明内容
要解决的技术问题
为了克服现有技术光程较小，影响测量精度的困难，本实用新型提出一种基于马 赫曾德干涉光路的光程四倍增测量装置，通过倍增光程以达到提高光学测量精度的目 的。
技术方案本实用新型提出的一种基于马赫曾德干涉光路的光程四倍增测量装置，包括马赫 曾德干涉光路，技术特征在于在马赫曾德干涉光路和与被测物体联动的反射体的光 路之间依次设置偏振分光器件和旋光器件，反射镜于偏振分光器件反射光路垂直设置， 与被测物体联动的反射体垂直于入射偏振光方向放置；所述激光器发出的入射光为一 单色平面偏振光；调整偏振分光器件的方向为能使入射平面偏振光完全透射，并使反 射的偏振方向与入射平面偏振光正交的平面偏振光完全反射；调整旋光器件使穿过该 器件并沿原路返回再次穿过该偏振器件的偏振光偏振方向沿某一方向旋转90。角。
当激光器发出的入射单色平面偏振光入射到偏振分光器件后，可以完全穿过该偏 振分光器件并到达旋光器件，之后垂直照射与被测物体联动的反射体并被反射再次回 到旋光器件；透过旋光器件后转化为与初始入射平面偏振光偏振方向正交的平面偏振 光，然后再次到达偏振分光器件并被全部反射后，垂直照射反射镜并被反射再次回到 偏振分光器件；经偏振分光器件全部反射后再次穿过旋光器件，再次经与被测物体联 动的反射体垂直反射后穿过该旋光器件，转化为与初始入射单色平面偏振光偏振方向 一致的平面偏振光，穿过偏振分光器后件沿入射光方向原路返回。
所述的偏振分光器件为一能够使入射激光束不同偏振方向的光束透射或者反射的 光学器件，为偏振分光棱镜、介质膜偏振分光镜或偏振衍射分光光栅。
所述的旋光器件为一能够改变偏振光偏振方向的光学器件，为法拉第旋光器或与 入射平面偏振光波长相匹配的四分之一波片。 . 所述反射镜为可以将入射平面偏振光完全反射的反射镜。
所述与被测物体联动的反射体为可以将入射平面偏振光完全反射或者部分反射的 反射镜或反射膜。
本实用新型的有益效果是在光学测量过程中，由于入射单色平面偏振光两次经 过与被测物体联动的反射体反射并最终转化成与入射平面偏振光偏振方向完全一致的 出射平面偏振光，与被测物体联动的反射体在沿入射光束方向的位置发生位移"的改变，会引起最终的出射光束的光程改变四倍，达到将物体移动光程差四倍增的目的。 同时，因为出射光束与入射光束严格重合，有利于光学测量过程中的光路布置，使光 路结构更加紧凑。

图1是本实用新型基于马赫曾德干涉光路的光程四倍增装置的结构示意图。
图中，l-激光器、2-分光镜、3-反射镜、4-分光镜、5-条纹接收装置、6-偏振分光 棱镜、7-出射单色平面偏振光、8-分光镜、9-入射单色平面偏振光、10-介质膜反射镜、 11-法拉第旋光器、12-与被测物体联动的反射体。
具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
实施例请参阅图1，本实施例是在马赫曾德干涉光路的基础上，在马赫曾德干 涉光路和与被测物体联动的反射体12的光路之间设置偏振分光器件和旋光器件,偏振 分光器件采用偏振分光棱镜6，旋光器件采用法拉第旋光器11;反射镜采用介质膜反 射镜.10，介质膜反射镜10镀于偏振分光棱镜6的表面；所述偏振分光棱镜6的方向
为能使入射平面偏振光完全透射并使偏振方向与之正交的平面偏振光完全反射；调整 法拉第旋光器使穿过该器件之后偏振光的偏振方向沿某一方向旋转45°角。
马赫曾德干涉光路包括激光器l、分光镜2、分光镜8、分光镜4、反射镜3和条 纹接收装置5。
所述介质膜反射镜10为一直接镀于偏振分光棱镜6 —侧表面的光学薄膜，其功能 相当于一反射镜，使照射在其上的光束反射。
本实施例的工作过程为激光器1发出波长单一的平面偏振光，被设置在其光路 中的分光镜2分为第一，第二光束。第一光束穿过分光镜8后，作为入射单色平面偏 振光9经过偏振分光棱镜6后，完全穿过该偏振分光棱镜并到达法拉第旋光器11。穿过法拉第旋光器之后偏振光的偏振方向沿某一方向旋转45。角并垂直照射与被测物体 联动的反射体12。当光束从与被测物体联动的反射体12反射回来并第二次穿过法拉 第旋光器后，偏振方向再一次沿相同方向转过45°角，成为与初始入射单色平面偏振 光9偏振方向正交的平面偏振光。该平面偏振光再次到达偏振分光棱镜6并被全部反 射，垂直照射到介质膜反射镜10;介质膜反射镜10将偏振光反射再次回到偏振分光 棱镜6，经偏振分光棱镜6完全反射后穿过法拉第旋光器，到达与被测物体联动的反 射体12。经与被测物体联动的反射体12垂直反射再次穿过法拉第旋光器后，偏振光 的偏振方向再次转过90°角，成为与初始入射单色平面偏振光9偏振方向一致的平面 偏振光，作为出射单色平面偏振光7沿入射光方向返回。该单色平面偏振光7光束经 由分光镜8反射到达分光镜4。第二光束被反射镜3反射后同样到达分光镜4并与第 一光束发生干涉，形成的干涉图样被条纹接收装置5读取或者记录。当待测物理量， 如物体的微小移动，使与被测物体联动的反射体12的位置沿垂直于入射光方向发生位 移时，会导致条纹接收装置5上形成的干涉条纹发生移动，进一步根据条纹的移动量 可以判断出第一、第二光束的光程差，推算出与被测物体联动的反射体12的位移量。 本实施例在光学测量过程中，当调节与被测物体联动的反射体12沿垂直于入射光 方向移动位移^时，最终到达条纹接收装置5上的第一、第二光束光程差改变4d。而 现有技术中的测量过程是入射单色平面偏振光9直接垂直照射与被测物体联动的反 射体12，被其全部垂直反射后经分光镜8反射作为出射单色平面偏振光7，之后第一、 第二光束发生干涉，此时，调节使与被测物体联动的反射体12沿垂直于入射光方向移 动位移d时，最终到达条纹接收装置5上的第一、第二光束光程差仅改变2d。而本实 施例与通常的方法相比，能够将测量精度提高一倍，而且操作简便，仅仅需要在马赫 曾德干涉光路的基础上增加图1虚线框中所示的光程四倍增装置即可。
权利要求1.一种基于马赫曾德干涉光路的光程四倍增测量装置，包括马赫曾德干涉光路，技术特征在于在马赫曾德干涉光路和与被测物体联动的反射体(12)的光路之间依次设置偏振分光器件和旋光器件，反射镜(10)于偏振分光器件反射光路垂直设置，与被测物体联动的反射体(12)垂直于入射偏振光方向放置；所述激光器(1)发出的入射光为一单色平面偏振光；调整偏振分光器件的方向为能使入射平面偏振光完全透射，并使反射的偏振方向与入射平面偏振光正交的平面偏振光完全反射；调整旋光器件使穿过该器件并沿原路返回再次穿过该偏振器件的偏振光偏振方向沿某一方向旋转90°角。
2. 根据权利要求1所述的基于马赫曾德干涉光路的光程四倍增测量装置，其特征在于所述的偏振分光器件为偏振分光棱镜、介质膜偏振分光镜或偏振衍射分光光栅。
3. 根据权利要求1所述的基于马赫曾德干涉光路的光程四倍增测量装置，其特征在于所述的旋光器件为法拉第旋光器或与入射平面偏振光波长相匹配的四分之一波片。
4. 根据权利要求1所述的基于马赫曾德干涉光路的光程四倍增测量装置，其特征在于所述的反射镜为可以将入射平面偏振光完全反射的反射镜。
5. 根据权利要求1所述的基于马赫曾德干涉光路的光程四倍增测量装置，其特征在于所述的与被测物体联动的反射体为反射镜或反射膜。
专利摘要本实用新型涉及一种基于马赫曾德干涉光路的光程四倍增测量装置，技术特征在于在马赫曾德干涉光路和与被测物体联动的反射体的光路之间依次设置偏振分光器件和旋光器件，反射镜于偏振分光器件反射光路垂直设置，与被测物体联动的反射体垂直于入射偏振光方向放置；所述激光器发出的入射光为一单色平面偏振光。有益效果是在光学测量过程中，由于入射单色平面偏振光两次经过与被测物体联动的反射体反射并最终转化成与入射平面偏振光偏振方向完全一致的出射平面偏振光，与被测物体联动的反射体在沿入射光束方向的位置发生位移d的改变，达到将物体移动光程差四倍增的目的。同时，因为出射光束与入射光束严格重合，使光路结构更加紧凑。
文档编号G01D5/26GK201408016SQ20092003197
公开日2010年2月17日 申请日期2009年2月23日 优先权日2009年2月23日
发明者赵建林, 邸江磊 申请人:西北工业大学