CN1185461C - 一种宽带光源的无色差频移及外差干涉信号产生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种宽带光源的无色差频移及外差干涉信号产生装置，属于在线高速和高精度测量技术领域。该装置含有用于产生宽带光的光源1，被宽带光沿垂直栅线方向扫描且用于产生调制信号的第一光栅2和用于补偿色差且与第一光栅2平行静止放置及与第一光栅2的参数相同的第二光栅3，用于使沿原路返回来的第二光栅3的衍射光通过设置在宽带光输入光路上的分光镜6产生外差干涉信号的平面反射镜4、5。利用本发明的宽带光源的无色差频移及外差干涉信号产生装置，可使用双光栅来产生宽带光源的无色差的频移，实现对宽带光源的外差调制，使之可以用于对具有弱反射、台阶面的复杂零件进行高精度干涉测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种宽带光源的无色差频移及外差干涉信号产生装置，尤其是涉及一种应用于光学干涉测量，弱反射、不连续表面进行高精度干涉测量及对加工过程中零件的形状进行在线高速和高精度测量的宽带光源的无色差频移及外差干涉信号产生装置。
背景技术
随着数控机床精密加工技术的发展和对复杂形状零件的高精度加工需求的增加，对这类零件的高精度高速测量成为紧迫问题。
最近，随着超发光二极管SLD(Super Luminescent diode)和超短脉冲激光器等高亮度宽带光源的普及，宽带光源的干涉测量方法再度引起人们的兴趣。由于这种光源的相干长度短，可通过用零级条纹进行对准，辅助以干涉仪参考臂的扫描，来测量具有台阶面的复杂形状零件。但是当被测物体是具有金属光泽的反射面、并具有一定的倾斜角度时，会由于表面散射的测量光很弱，而由斜面或尖角反射进入探测器的光非常强而使信噪比降低，影响测量精度。因此从强噪声中提取弱信号是非常重要的。为了提高对弱散射面干涉测量的灵敏度，除了增加光强和探测器的灵敏度外，外差干涉测量是一种非常有效的方法。基于外差检测的激光干涉仪(如基于塞曼效应的双频激光干涉仪，基于电光调制、声光调制的干涉仪等等)早已被广泛用于对各种几何量的测量。
但是对于宽带光源的外差调制，由于要考虑不同波长的色差效应，通用的调制器件难以达到满意的调制效果。目前基于外差检测的宽带光源干涉仪已引起人们的关注。A.C.Oliverira等人使用半导体激光器为光源，通过压电陶瓷振动反射镜进行调制，实现对生物活体的外差检测，参见文献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。日本计量研究所的H.Matusmoto等人于99年在国际上率先提出了基于声光调制器的白光外差干涉测量技术，参见文献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。外差信号由两个频差相差100kHz的声光调制器产生。白光聚焦于两个声光调制器中心，并用两个球心位于声光调制器中心的球面镜，使由声光调制器衍射的光沿原路返回，从而消除了宽带光源的色差效应。这种调制方法的问题是测量范围不能很大，因为改变光程差(或干涉仪参考臂的扫描)是靠移动其中一个球面镜实现的，当球面镜球心偏离声光调制器中心时会引入“色差”。
发明内容
本发明的目的是提供一种可应用于光学干涉测量，弱反射、不连续表面进行高精度干涉测量及对加工过程中零件的形状进行在线高速和高精度测量的宽带光源的无色差频移及外差干涉信号产生装置。
本发明提出的一种宽带光源的无色差频移信号产生装置，其特征在于，该装置含有：
光源1：用于产生宽带光；
第一光栅：被宽带光沿垂直栅线方向扫描且用于产生调制信号；
第二光栅：用于补偿色差且与第一光栅平行静止放置及与第一光栅的参数相同。
根据本发明提出的另一种宽带光源的无色差频移信号产生装置的外差干涉信号产生装置，其特征在于，该装置含有：
光源1：用于产生宽带光；
第一光栅：被宽带光沿垂直栅线方向扫描且用于产生调制信号；
第二光栅：用于补偿色差且与第一光栅平行静止放置及与第一光栅的参数相同；
平面反射镜4、5：用于使沿原路返回来的第二光栅的衍射光通过设置在宽带光输入光路上的分光镜6产生外差干涉信号；
根据本发明提出的再一种宽带光源的无色差频移信号产生装置的外差干涉信号产生装置，其特征在于，该装置含有：
光源1：用于产生宽带光；
第一光栅：被宽带光沿垂直栅线方向扫描且用于产生调制信号；
第二光栅：用于补偿色差且与第一光栅平行静止放置及与第一光栅的参数相同；
平面反射镜4、5：用于通过设置于平面反射镜4和5之间的分光镜6把来自于第二光栅的两路光汇合产生外差干涉信号。
利用本发明的宽带光源的无色差频移及外差干涉信号产生装置，可使用双光栅来产生宽带光源的无色差的频移，实现对宽带光源的外差调制，使之可以用于对具有弱反射、台阶面的复杂零件进行高精度干涉测量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的结构示意图。
图3为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
在图1所示的结构示意图中可以看出，宽带光源(1)的光经准直后入射到第二光栅(3)的O点上。该光栅由移动台带动沿垂直栅线方向以速度V移动进行扫描。第二光栅(3)的+1级衍射光I1入射到一个平行放置且参数完全相同的第一光栅(2)上。由第一光栅(2)产生的-1级衍射光I1，-1平行于第二光栅(3)的入射光；同样，当第二光栅(3)的-1级衍射光I-1入射到第一光栅(2)上时，由第一光栅(2)产生的+1级衍射光I-1，1平行于第二光栅(3)的入射光。如果栅距为d，则第二光栅(3)的±1级衍射光的频移为±Δf＝V/d。由于对称性，OA＝OA’，OB＝OB’当由第一光栅(2)出射的这两束衍射光(I1，-1和I-1，1)进行干涉时，由第二光栅(3)产生的色差被补偿。
在图2所示的结构示意图中，用两个平面反射镜(4)和(5)分别将±1级激光反射回第一光栅(2)，经过衍射之后再到第二光栅(3)，在第二光栅(3)的入射光路中加分光镜可获得外差干涉信号。
在图3所示的结构示意图中，I-1，1光被用平面反射镜(4)反射，通过分光镜(6)后被平面反射镜(5)反射，再被分光镜(6)反射后与通过分光镜(6)的I1，-1光干涉从而产生外差干涉信号。
Claims (3)
1、一种宽带光源的无色差频移信号产生装置，其特征在于，该装置含有：
光源[1]：用于产生宽带光；
第一光栅：被宽带光沿垂直栅线方向扫描且用于产生调制信号；
第二光栅：用于补偿色差且与第一光栅平行静止放置及与第一光栅的参数相同。
2、根据权利要求1所述的一种宽带光源的无色差频移信号产生装置的外差干涉信号产生装置，其特征在于，该装置含有：
光源[1]：用于产生宽带光；
第一光栅：被宽带光沿垂直栅线方向扫描且用于产生调制信号；
第二光栅：用于补偿色差且与第一光栅平行静止放置及与第一光栅的参数相同；
两平面反射镜(4、5)：用于使沿原路返回来的第二光栅的衍射光通过设置在宽带光输入光路上的分光镜[6]产生外差干涉信号；
3、根据权利要求1所述的一种宽带光源的无色差频移信号产生装置的外差干涉信号产生装置，其特征在于，该装置含有：
光源[1]：用于产生宽带光；
第一光栅：被宽带光沿垂直栅线方向扫描且用于产生调制信号；
第二光栅：用于补偿色差且与第一光栅平行静止放置及与第一光栅的参数相同；
两平面反射镜(4、5)：用于通过设置于两平面反射镜(4、5)之间的分光镜[6]把来自于第二光栅的两路光汇合产生外差干涉信号。
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