CN104215176A - 高精度光学间隔测量装置和测量方法 - Google Patents

Abstract

一种高精度光学间隔测量装置和测量方法，装置包括：短相干光源、激光测长光源、照明指示用光源、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、测量光路、参考镜光路、延迟扫描光路、波分复用器、第一光电探测器、第二光电探测器、连接光纤、环境传感器。本发明采用时域光学相干层析技术，利用宽带光源及高精度延迟扫描光路实现光学元件间隔的非接触测量，通过共光路激光测长技术获取延迟光路的精确位移，采用五步相移干涉条纹包络的提取算法以及通过环境补偿，消除测量误差，提高测量精度，在测量范围内间隔测量精度可达到亚微米级，同时在光学仪器装调过程中可以实现实时测量，提高测量效率。

Description

高精度光学间隔测量装置和测量方法

技术领域

本发明涉及光学测量领域，具体涉及一种非接触的基于光纤迈克尔逊干涉原理的测量装置和测量方法对透镜中心厚度与透镜间隔进行测量。

背景技术

在光学领域中，透镜作为组成光学***的最基本的光学元件，其中心厚度的加工误差将直接影响到整个光学***的成像质量。在光学仪器装调过程中，光学元件位置误差对整机光学装配质量影响较大，也是较难控制的误差，特别是在光刻机曝光***、航测镜头、干涉仪标准镜头、激光谐振腔等高性能精密光学***的装配过程中，对透镜中心间隔都有很严格的控制要求，其透镜中心间隔的一点点偏差都可能导致成像质量的劣化。如何解决光学元件的位置精度是保证其光学性能的关键所在。

在传统的光学测量中，目前大多数采用百分表或千分表等进行接触式测量或和间接式纯光学方法进行测量。接触式测量的主要缺点是容易擦毛透镜表面的增透膜，测量力易使零件表面损伤，因此测量精度较低。而间接式测量，因需要换算参数而使其精度降低。并且，上述两种方法测量都较难准确找到透镜的实际中心，因此测量精度都不高，不适用于高性能物镜的装校。

在现有技术中，“光学透镜中心厚度测量***及方法”(参见中国专利CN102435146A)中，公开了一套基于光学共焦法的非接触透镜中心厚度测量***，其测量简单快捷，但是其测量范围小，受到光源中最短波长与最长波长焦点距离的限制，适用于单透镜的测量，其精度受到测量范围及光谱仪光学分辨率的制约。

发明内容

本发明的目的在于提高光学测量中光学间隔的测量精度以及效率，并提供一种基于光纤迈克尔逊干涉原理的高精度光学间隔测量装置和方法，采用时域光学相干层析技术，利用宽带光源及高精度延迟扫描光路实现光学元件间隔的非接触测量，通过共光路激光测长技术获取延迟光路的精确位移，采用五步相移干涉条纹包络的提取算法以及通过环境补偿，消除测量误差，提高测量精度，在测量范围内间隔测量精度可达到亚微米级，同时在光学仪器装调过程中可以实现实时测量。

本发明的技术解决方案具体如下：

一种高精度光学间隔测量装置，为双光纤耦合器结构，具体包括：短相干光源、激光测长光源、照明指示用光源、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、测量光路、参考镜光路、延迟扫描光路、波分复用器、第一光电探测器、第二光电探测器、连接光纤、环境传感器。

短相干光源和第二光纤耦合器分别连接在第一光纤耦合器的一侧的两个端口，激光测长光源和测量光路分别连接在第一光纤耦合器的另一侧的两个端口，照明指示用光源与测量光路连接；参考镜光路和延迟扫描光路分别连接在第二光纤耦合器的另一侧的两个端口，波分复用器与第二光纤耦合器的一侧的一个端口连接，第一和第二光电探测器分别与波分复用器的两个输出端口连接。

所述的短相干光源为超辐射发光二极管(Superluminescent LED)，为宽带光源，具有很小的相干长度，作为装置的干涉信号测量光源。

所述的激光测长光源为分布式反馈激光器(Distributed FeedBack Laser)，具有非常好的单色性，作为装置的测长定位光源。

所述的照明指示用光源为激光二极管，发出可见光用以配合待测物光轴位置的调节。

所述的测量光路包括四维调整架、可调焦光纤聚焦镜头、待测物及安装架。测量光路通过可调焦光纤聚焦镜头与第一光纤耦合器连接，短相干光源发出的测量光束经过第一光纤耦合器进入测量光路中的可调焦光纤聚焦镜头，经过待测物中的各表面所反射，回到第一光纤耦合器后进入第二光纤耦合器。安装架用于调整并固定待测物的位置，四维调整架对可调焦光纤聚焦镜头进行固定并进行指向及位置调节，保证其光轴与待测物的光轴重合。可调焦光纤聚焦镜头放置于测量光路的最前端，可以通过调整可调焦光纤聚焦镜头出射光束的聚焦位置，保证待测物中各表面反射回来的光束大部分回到可调焦光纤聚焦镜头中。

所述的参考镜光路包括一个光纤后向反射器，通过连接光纤与第二光纤耦合器相连，对测量光路中待测物中各表面的反射光束进行反射。光纤后向反射器的位置应位于对应延迟扫描光路中可移动扫描反射镜的初始位置(离光纤准直镜头最近的位置)，即光纤后向反射器与延迟扫描光路中可移动扫描反射镜的初始位置是等光程的。

所述的延迟扫描光路包括光纤准直镜头、可移动扫描反射镜及电机驱动移动平台。光纤准直镜头放置于延迟扫描光路的最前端，延迟扫描光路通过光纤准直镜头与第二光纤耦合器连接，短相干测量光束及激光测长光束通过光纤准直镜头准直后入射到可移动扫描反射镜上并反射，回到第二光纤耦合器中。可移动扫描反射镜安装在一个电机驱动移动平台上，测量过程中以一定的速度匀速运动，其位置移动信息通过激光测长光束分别在参考镜光路和可移动扫描反射镜的反射光束所产生的干涉信号测量得到。

所述的波分复用器为1310/1550nm波分复用器，用于将两种不同波长的干涉信号进行分离，分为两路，分别进入第一和第二光电探测器。

所述的第一、第二光电探测器用于分别接收波长1310nm的短相干测量光束以及波长1550nm的激光测长光束所产生的干涉信号，并与计算机连接显示。

所述的连接光纤均为单模保偏光纤，避免由于偏振模色散引起的测量误差。

所述的环境传感器分别探测在当前环境下的气温、气压、相对湿度以及延迟扫描光路中的内部气温，应用于算法中对折射率计算值的补偿，保证间隔测量的精度。

利用上述光学间隔测量装置对待测物光学间隔的测量方法，该方法包括下列步骤：

①将照明指示用光源通过光纤连接至测量光路中，将光源打开，通过安装架固定待测物，通过调节四维调整架调节可调焦光纤聚焦镜头的位置，根据待测物中各表面反射回来的光点，调节可调焦光纤聚焦镜头的出射光束至待测物)的中心位置，即待测物的光轴与测量光路中测量光束的的光轴重合；

②关闭照明指示用光源，将连接第一光纤耦合器第④端口的光纤替换照明指示用光源与测量光路的连接光纤，打开短相干光源和激光测长光源，调节测量光路中的可调焦光纤聚焦镜头，使待测物中各表面反射光的耦合强度尽可能大；

③控制所述的延迟扫描光路中的电机驱动移动平台匀速带动可移动扫描反射镜移动，第一光电探测器和第二光电探测器分别将测得的干涉信号输入计算机；

④计算机进行数据处理，得出待测物的光学间隔：

利用基于移相干涉的五步相移非线性算法进行干涉信号的提取，按下式算出每个采样点的相位的正切值，

其中I₁、I₂、I₃、I₄、I₅分别为五个相邻采样点的光强值，

利用edlen公式对空气的折射率及群折射率进行修正：

n₁₅-1＝[8342.13+2406030(130-σ²)^-1+15997(38.9-σ²)^-1]×10^-8

$,n_{t,p}-1=\frac{p(n_{15}-1)}{720.775}\×\frac{1+p(0.817-0.0133t)\×{10}^{-6}}{1+0.0036610t};$

n_t,p,f＝n_t,p-f(5.7224-0.0457σ²)×10^-8

利用测量光路与延迟扫描光路中光学群延迟的比较来得出待测物中的光学间隔D_mea，

n_g,air(λ₁,T_ref,p,RH)·D_ref＝n_g,air(λ₁,T_mea,p,RH)·D_mea

式中，n_air与n_g,air分别代表空气的折射率及群折射率，它们由波长(λ₁或者λ₂)、气温(延迟扫描光路中的气温T_ref或者测量光路中的气温T_mea)、气压p以及相对湿度RH所决定，其折射率的计算公式为edlen公式：

n₁₅-1＝[8342.13+2406030(130-σ²)^-1+15997(38.9-σ²)^-1]×10^-8

$n_{t,p}-1=\frac{p(n_{15}-1)}{720.775}\×\frac{1+p(0.817-0.0133t)\×{10}^{-6}}{1+0.0036610t}$

n_t,p,f＝n_t,p-f(5.7224-0.0457σ²)×10^-8

式中：(n₁₅-1)为在一个标准大气压、15℃下空气中的折射率，σ为真空中的波数，为波长λ的倒数，单位为μm^-1，(n_t,p-1)为标准空气中受到气温和气压影响的折射率，n_t,p,f为标准空气中受到气温、气压以及水汽分压影响的折射率，t为气温℃，p为气压Torr，f为水汽分压Torr，由n_t,p,f可以得到折射率n_air及其波长的色散关系，利用群折射率的公式即可以得出对应的群折射率n_g,air。

与在先技术相比，本发明具有下列技术优点：

1)本发明提出的基于光纤迈克尔逊干涉原理的高精度光学间隔测量装置和方法属于非接触式测量，能够有效地解决接触式及间接式测量光学间隔所带来的缺点，测量范围大，测量效率高，可一次性完成一组光学***中多组间隔的测量。

2)本发明采用双光纤耦合器结构，使产生干涉信号两光束的光路位于装置内同一环境下，消除了单光纤耦合器结构中参考光路和测量光路分别位于装置内及装置外的环境影响因素。

3)本发明采用光学间隔测量信号和激光测长信号共光路的结构形式，消除了可移动扫描反射镜的位置测量误差，实现了其位移距离的精确测量，间隔测量精度可达到亚微米级。

附图说明

图1是本发明的基于光纤迈克尔逊干涉原理的高精度光学间隔测量装置总图。

图中：

1 是短相干光源；

2 是激光测长光源；

3 是照明指示用光源；

4 是第一光纤耦合器；

5 是第二光纤耦合器；

6 是测量光路；

601 是四维调整架；

602 是可调焦光纤聚焦镜头；

603 是待测物；

604 是安装架；

7 是参考镜光路；

701 是光纤后向反射器；

8 是延迟扫描光路；

801 是光纤准直镜头；

802 是可移动扫描反射镜；

803 是电机驱动移动平台；

9 是波分复用器；

10 是第一光电探测器；

11 是第二光电探测器；

12 是连接光纤；

13 是环境传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的高精度光学间隔测量装置主要由以下几部分组成：短相干光源1、激光测长光源2、照明指示用光源3、第一光纤耦合器4、第二光纤耦合器5、测量光路6、参考镜光路7、延迟扫描光路8、波分复用器9、第一光电探测器10、第二光电探测器11、连接光纤12、环境传感器13。

短相干光源1和第二光纤耦合器5分别连接在第一光纤耦合器4的一侧的两个端口，激光测长光源2和测量光路6分别连接在第一光纤耦合器4的另一侧的两个端口，照明指示用光源3与测量光路6连接；参考镜光路7和延迟扫描光路8分别连接在第二光纤耦合器5的另一侧的两个端口，波分复用器9与第二光纤耦合器5的一侧的一个端口连接，第一光电探测器和第二光电探测器10、11分别与波分复用器9的两个输出端口连接。

所述的短相干光源1为超辐射发光二极管(SLED)，最小输出功率15mW，中心波长λ₁＝1310nm，半峰值带宽Δλ＝50nm，相干长度约为15μm。

所述的激光测长光源2为分布式反馈激光器，中心波长λ₂＝1550nm，-3dB线宽为2MHz，输出功率可达30mW。

所述的照明指示用光源3为激光二极管，中心波长λ＝655nm，半峰值带宽δλ＝30nm，输出功率为0.676mW。

所述的第一光纤耦合器4将短相干光源1发出的测量光束耦合到与测量光路6相连的光纤12中，并使待测物603中各表面的反射光束耦合到与第二光纤耦合器5相连的光纤12中；同时可将激光测长光源2发出的激光测长光束耦合到与第二光纤耦合器5相连的光纤12中。

所述的第二光纤耦合器5分别将经过待测物603种各表面反射的测量光束及激光测长光束，分别分束成两束光分别进入参考镜光路7和延迟扫描光路8，同时也将参考镜光路7和延迟扫描光路8反射回来的光束耦合到与波分复用器9相连的光纤12中。

所述的测量光路6包括四维调整架601、可调焦光纤聚焦镜头602、待测物603及安装架604。测量光路6通过可调焦光纤聚焦镜头602与第一光纤耦合器4连接，短相干光源1发出的测量光束经过第一光纤耦合器4进入测量光路6中的可调焦光纤聚焦镜头602，经过待测物603的中各表面所反射，回到第一光纤耦合器4后进入第二光纤耦合器5。安装架604用于调整并固定待测物603的位置，四维调整架601对可调焦光纤聚焦镜头602进行固定并进行指向及位置调节，保证调焦光纤聚焦镜头602的光轴与待测物603的光轴重合。可调焦光纤聚焦镜头602放置于测量光路6的最前端，通过调整可调焦光纤聚焦镜头602出射光束的聚焦位置，保证第一光电探测器10能得到一个很强的干涉信号。

所述的参考镜光路7包括一个光纤后向反射器701，通过连接光纤12与第二光纤耦合器5相连，对测量光路6中待测物603中各表面的反射光束进行反射。光纤后向反射器701的位置应位于对应延迟扫描光路8中可移动扫描反射镜802的初始位置(离光纤准直镜头801最近的位置)，即光纤后向反射器701与延迟扫描光路8中可移动扫描反射镜802的初始位置是等光程的。

所述的延迟扫描光路8包括光纤准直镜头801、可移动扫描反射镜802及电机驱动移动平台803。光纤准直镜头801放置于延迟扫描光路8的最前端，延迟扫描光路8通过光纤准直镜头801与第二光纤耦合器5连接，短相干测量光束及激光测长光束通过光纤准直镜头801准直后入射到可移动扫描反射镜802上并反射，回到第二光纤耦合器5中。可移动扫描反射镜802安装在一个电机驱动移动平台803上，测量过程中以一定的速度匀速运动，其位置移动信息通过激光测长光束分别在参考镜光路7和可移动扫描反射镜802的反射光束所产生的干涉信号测量得到。

所述的波分复用器9为1310/1550nm波分复用器，用于将两种不同波长的干涉信号进行分离，分为两路，分别进入第一光电探测器10及第二光电探测器11。

所述的第一光电探测器10和第二光电探测器11为两个光电二极管，光谱响应范围为950～1650nm，分别接收波长1310nm的短相干测量光束以及波长1550nm的激光测长光束所产生的干涉信号，并与计算机连接显示。

所述的连接光纤12为单模保偏光纤，截止波长为1260nm。

所述的环境传感器13分别探测在当前环境下的气温、气压、相对湿度以及延迟扫描光路8中的内部气温，应用于算法中对折射率计算值的补偿，保证间隔测量的精度。

装置中短相干光源1发出的短相干测量光束经过第一光纤耦合器4进入到测量光路6中，经过待测物603中各两表面的反射光，经过第二光纤耦合器5分为两束，一束光进入参考镜光路7，另一束光进入延迟扫描光路8中。在延迟扫描光路8中，光束经过光纤准直镜头801后被可移动扫描反射镜802所反射。各反射光束返回到第二光纤耦合器5中，进入波分复用器9。此时，可移动扫描反射镜802的反射光束与参考镜光路7中光纤后向反射器701的反射光束发生干涉产生干涉信号，被第一光电探测器10探测后经过算法处理，得到干涉信号的强度分布。同时，激光测长光源2发出的激光测长光束，分别经过第一光纤耦合器和第二光纤耦合器4、5后分为两束，分别进入参考镜光路7和延迟扫描光路8，通过第二光电探测器11得到两个光路中反射光束所产生的干涉信号，由于其与短相干测量光束产生干涉信号的采样频率相同，即可以得到短相干测量光束产生干涉信号极值位置所对应的可移动扫描反射镜802的相对位置。通过干涉信号分别出现极大值位置所对应的可移动扫描反射镜802在延迟扫描光路8中的位置之差，即可以计算出待测物603的光学间隔。

在***测量过程中，本发明的高精度光学间隔测量装置和测量方法，包括下列步骤：

①将照明指示用光源3通过光纤连接至测量光路6中的可调焦光纤聚焦镜头602，将光源打开，通过安装架604固定待测物603，通过调节四维调整架601调节可调焦光纤聚焦镜头602的位置，根据待测物603中各表面反射回来的光点，调节可调焦光纤聚焦镜头602的出射光束至待测物603的中心位置，即待测物603的光轴与可调焦光纤聚焦镜头602出射测量光束的光轴重合；

②关闭照明指示用光源3，将连接第一光纤耦合器4第④端口的光纤替换照明指示用光源3与测量光路6中可调焦光纤聚焦镜头602的连接光纤，打开短相干光源1和激光测长光源2，调节测量光路6的可调焦光纤聚焦镜头602，使待测物603中各表面反射光的耦合强度尽可能大；

③控制延迟扫描光路8中的电机驱动移动平台803匀速带动可移动扫描反射镜802移动，第一光电探测器10和第二光电探测器11分别接收波长1310nm的短相干测量光束以及波长1550nm的激光测长光束所产生的干涉信号输入计算机；

④所述的计算机对干涉信号进行数据处理得出待测物603的光学间隔：

整个装置实际上是以测量光路6与延迟扫描光路8中光学群延迟的比较来进行测量的，光学群延迟定义为n_g·D，其中n_g为群折射率，在给定波长下它定义为D为物理距离。在***测量时，延迟扫描光路8中的可移动扫描反射镜802以一定的速度在电驱动的移动平台上沿平行于光轴的方向进行匀速直线扫描，同时，与第一光电探测器10和第二光电探测器11相连的计算机不断地采集并处理扫描过程中获得的波长1310nm短相干测量光束以及波长1550nm激光测长光束所产生的干涉信号，利用基于移相干涉的五步相移非线性算法进行干涉信号的提取，在实际噪声等级下有良好的精度和重复性。干涉信号中某个给定采样点的调制度可由下式来定义：其中I₁、I₂、I₃、I₄、I₅分别为五个相邻采样点的光强值，由下式即可算出每个采样点的相位值，

令相移算法中的相移量其中v为延迟扫描光路8中可移动扫描反射镜802的移动速度，f_s为***采样频率，同时也是激光测长光束干涉信号的采样频率，可得v＝30mm·s^-1，f_s＝180kHz。于是，当延迟扫描光路8中可移动扫描反射镜802移动到某一位置，使其反射光束与参考镜光路7中光纤后向反射器701的反射光束群延迟差为零时，干涉信号为峰值；当可移动扫描反射镜802移动到使其反射光束与参考镜光路7中光纤后向反射器701的反射光束群延迟差为n_g·D的位置时，又将得到一个干涉峰值信号(其中n_g为待测物603中各表面之间介质的群折射率，D为待测物603中两表面之间的光学间隔)。如果待测物603中包括多组光学间隔，则在一次扫描过程中第一光电探测器10中将会出现多个峰值，各个峰值所对应的延迟扫描光路8中可移动扫描反射镜802的位置，即为测量光路6中待测物603中的各个光学镜面顶点位置。以下对其作进一步的说明：可移动扫描反射镜802的相对位置Z_ref可由以下公式所定义：其中为第二光电探测器11中对波长λ₂＝1550nm的激光测长光束干涉信号测量并通过算法处理得到的相位值。波长λ₁的测量干涉信号与波长λ₂的激光测长干涉信号是以相同的采样频率f_s得到的，因此测量干涉信号中两个峰值之间的距离即延迟扫描光路8中可移动扫描反射镜802移动的相对距离D_ref，也就对应于测量光路6中待测物603中光学元件的光学间隔D_mea。可用以下两个公式来表示：

  (1)

n_g,air(λ₁,T_ref,p,RH)·D_ref＝n_g,air(λ₁,T_mea,p,RH)·D_mea  (2)

式中，假设在测量光路6中待测物603光学间隔的介质为空气，否则此公式右端的n_g,air应该用此介质的群折射率来代替。

式中，n_air与n_g,air分别代表空气的折射率及群折射率，它们由波长(λ₁或者λ₂)、气温(延迟扫描光路8中的气温T_ref或者测量光路6中的气温T_mea)、气压p以及相对湿度RH所决定，这就是装置中环境传感器13存在的原因。其折射率的计算公式为edlen公式：

n₁₅-1＝[8342.13+2406030(130-σ²)^-1+15997(38.9-σ²)^-1]×10^-8

$n_{t,p}-1=\frac{p(n_{15}-1)}{720.775}\×\frac{1+p(0.817-0.0133t)\×{10}^{-6}}{1+0.0036610t}$

n_t,p,f＝n_t,p-f(5.7224-0.0457σ²)×10^-8

式中：(n₁₅-1)为在一个标准大气压、15℃下空气中的折射率，σ为真空中的波数，为波长λ的倒数，单位为μm^-1，(n_t,p-1)为标准空气中受到气温和气压影响的折射率，n_t,p,f为标准空气中受到气温、气压以及水汽分压影响的折射率，t为气温℃，p为气压Torr，f为水汽分压Torr。由n_t,p,f可以得到折射率n_air及其波长的色散关系，利用群折射率的公式即可以得出对应的群折射率n_g,air。

所以从公式(1)、(2)可以得出待测物603中的光学间隔D_mea的公式：

从此式中可以看出待测物603中的光学间隔D_mea正比于激光测长光源2中激光器的波长λ₂除以在波长λ₂下的空气折射率n_air(λ₂,T_ref,p,RH)，因此在测量之前需要对此波长和其时间稳定性进行校准。利用一个热稳定的标准距离块(热膨胀系数约为0.05×10^-6K^-1)来进行测量校准，设D_exact为这个标准距离块的精确距离，则校准后的精确激光波长为此式中假设激光波长λ₂非常接近于(几纳米)精确的波长λ_2,exact。

Claims (8)

1.一种高精度光学间隔测量装置，其特征在于为双光纤耦合器结构，包括短相干光源(1)、激光测长光源(2)、照明指示用光源(3)、第一光纤耦合器(4)、第二光纤耦合器(5)、测量光路(6)、参考镜光路(7)、延迟扫描光路(8)、波分复用器(9)、第一光电探测器(10)、第二光电探测器(11)、连接光纤(12)和环境传感器(13)，所述的测量光路(6)包括四维调整架(601)、可调焦光纤聚焦镜头(602)、待测物(603)和安装架(604)，所述的可调焦光纤聚焦镜头(602)置于四维调整架(601)上，所述的待测物(603)置于安装架(604)上，所述的参考镜光路(7)包括一个光纤后向反射器(701)，所述的延迟扫描光路(8)包括光纤准直镜头(801)、可移动扫描反射镜(802)和电机驱动移动平台(803)，所述的可移动扫描反射镜(802)置于所述的电机驱动移动平台(803)上，上述元部件的位置关系如下：

所述的短相干光源(1)的输出端通过光纤与所述的第一光纤耦合器(4)第①端口相连，所述的激光测长光源(2)的输出端通过光纤与第一光纤耦合器(4)的第③端口相连，所述的测量光路(6)中的可调焦光纤聚焦镜头(602)通过光纤与所述的第一光纤耦合器(4)的第④端口相连，在测量开始前要先对所述的测量光路(6)中测量光束与待测物(603)的光轴进行对准，此时所述的照明指示用光源(3)通过光纤与所述的测量光路(6)中的可调焦光纤聚焦镜头(602)相连；

所述的第一光纤耦合器(4)的第②端口经光纤与第二光纤耦合器(5)的第①端口相连，第二光纤耦合器(5)的第③端口经光纤与所述的光纤后向反射器(701)相连，第二光纤耦合器(5)的第④端口的连接光纤的另一端置于所述的延迟扫描光路(8)中的光纤准直镜头(801)的前焦点，第二光纤耦合器(5)的第②端口经光纤与所述的波分复用器(9)的输入端相连，该波分复用器(9)的两个输出端分别与所述的第一光电探测器(10)和第二光电探测器(11)相连，所述的第一光电探测器(10)和第二光电探测器(11)的输出端与计算机的输入端相连。

2.根据权利要求1所述的高精度光学间隔测量装置，其特征在于所述的短相干光源(1)为超辐射发光二极管，中心波长λ_SLED＝1310nm，相干长度为15μm。

3.根据权利要求1所述的高精度光学间隔测量装置，其特征在于所述的激光测长光源(2)为分布式反馈激光器，中心波长λ_LASER＝1550nm，-3dB线宽为2MHz。

4.根据权利要求1所述的高精度光学间隔测量装置，其特征在于所述的照明指示用光源(3)为激光二极管，中心波长λ＝655nm。

5.根据权利要求1所述的高精度光学间隔测量装置，其特征在于所述的波分复用器(9)为1310/1550nm波分复用器。

6.根据权利要求1所述的高精度光学间隔测量装置，其特征在于所述的第一光电探测器(10)和第二光电探测器(11)的光谱响应范围为950～1650nm，分别接收波长1310nm的短相干测量光束及波长1550nm的激光测长光束所产生的干涉信号。

7.根据权利要求1所述的高精度光学间隔测量装置，其特征在于所述的连接光纤(12)为单模保偏光纤，截止波长为1260nm。

8.利用权利要求1所述的光学间隔测量装置对待测物光学间隔的测量方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

①将照明指示用光源(3)通过光纤连接至测量光路(6)中，将光源打开，通过安装架(604)固定待测物(603)，通过调节四维调整架(601)调节可调焦光纤聚焦镜头(602)的位置，根据待测物(603)中各表面反射回来的光点，调节可调焦光纤聚焦镜头(602)的出射光束至待测物(603)的中心位置，即待测物(603)的光轴与测量光路(6)中测量光束的的光轴重合；

②关闭照明指示用光源(3)，将连接第一光纤耦合器(4)第④端口的光纤替换照明指示用光源(3)与测量光路(6)的连接光纤，打开短相干光源(1)和激光测长光源(2)，调节测量光路(6)中的可调焦光纤聚焦镜头(602)，使待测物(603)中各表面反射光的耦合强度尽可能大；

③控制所述的延迟扫描光路(8)中的电机驱动移动平台(803)匀速带动可移动扫描反射镜(802)移动，第一光电探测器(10)和第二光电探测器(11)分别将测得的干涉信号输入计算机；

④计算机进行数据处理，得出待测物(603)的光学间隔：

利用基于移相干涉的五步相移非线性算法进行干涉信号的提取，按下式算出每个采样点的相位的正切值，

其中I₁、I₂、I₃、I₄、I₅分别为五个相邻采样点的光强值，

利用edlen公式对空气的折射率及群折射率进行修正：

n₁₅-1＝[8342.13+2406030(130-σ²)^-1+15997(38.9-σ²)^-1]×10^-8

$,n_{t,p}-1=\frac{p(n_{15}-1)}{720.775}\×\frac{1+p(0.817-0.0133t)\×{10}^{-6}}{1+0.0036610t};$

n_t,p,f＝n_t,p-f(5.7224-0.0457σ²)×10^-8

利用测量光路(6)与延迟扫描光路(8)中光学群延迟的比较来得出待测物(603)中的光学间隔D_mea，

n_g,air(λ₁,T_ref,p,RH)·D_ref＝n_g,air(λ₁,T_mea,p,RH)·D_mea

式中，n_air与n_g,air分别代表空气的折射率及群折射率，它们由波长λ₁或者λ₂、气温、气压p以及相对湿度RH所决定，其折射率的计算公式为edlen公式：

n₁₅-1＝[8342.13+2406030(130-σ²)^-1+15997(38.9-σ²)^-1]×10^-8

$n_{t,p}-1=\frac{p(n_{15}-1)}{720.775}\×\frac{1+p(0.817-0.0133t)\×{10}^{-6}}{1+0.0036610t}$

n_t,p,f＝n_t,p-f(5.7224-0.0457σ²)×10^-8

式中：(n₁₅-1)为在一个标准大气压、15℃下空气中的折射率，σ为真空中的波数，为波长λ的倒数，单位为μm^-1，(n_t,p-1)为标准空气中受到气温和气压影响的折射率，n_t,p,f为标准空气中受到气温、气压以及水汽分压影响的折射率，t为气温℃，p为气压Torr，f为水汽分压Torr，由n_t,p,f可以得到折射率n_air及其波长的色散关系，利用群折射率的公式即可以得出对应的群折射率n_g,air。