【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及小角度测量基准装置，特别涉及一种共模消噪双激光测频的超高精度小角度测量基准装置。
技术介绍
1、小角度计量精度的提升对许多
至关重要，涉及科学研究、工程、制造、导航等多个技术应用。在科学实验和研究中，提升小角度计量精度可以帮助科学家更准确地观测和测量微小的角度变化，从而提高实验的可靠性和准确性。
2、在工程领域，如微机械系统(mems)、精密仪器和光学系统等，提高小角度计量的精度可以改善这些系统的性能和稳定性。目前，最常用的角度测量都是基于激光干涉法的原理(例如中国专利技术专利cn 104330054a、cn 1963384a、cn 102384730 b、cn 102506768 b公开的技术方案)，即将角度的变化转化为激光干涉条纹的变化，这类方法实现的小角度测量精度较低，已无法满足对高精度计量需求。根据现有技术的记载，目前实现的激光小角度基准装置能够实现的最高精度为0.001″。随着科技的发展，如光刻机、激光雷达、精密机器人、虚拟现实等应用技术对小角度的高精度计量要求在不断增加，进一步提升小角度计量精度已成为这些高精技术应用的要求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是进一步提高小角度测量的精度，将角度的测量转化为激光频率的测量，提出一种基共模消噪双激光测频的超高精度小角度测量基准装置。
2、专利技术人在前期研究工作中设计了一种基于干涉选频和微棱镜阵列反馈的小角度测量基准装置，将角度测量转化为激光频率测量的基于窄带干涉片激光器的小角度
3、其中，f0为高精密水平旋转台位于初始位置时的被测激光频率，f1为高精密水平旋转台发生旋转后的被测激光频率。
4、根据公式f＝cλ-1，则df＝-cλ-2dλ，其中f是频率，c是光速，λ是波长，且干涉片旋转角度与透射波长在±1°范围内存在近似线性关系k nm/度，得知干涉片旋转角度满足公式：
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6、其中，k为当压电模块厚度d的取值满足干涉片旋转角度与微棱镜阵列旋转角度θ相等且两者引起的波长变化量近似相等条件时，干涉片旋转角度与λ′曲线的斜率：
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8、然而，由于自由运行条件下被测激光的频率波动达到几十khz，会影响角度测量的分辨力；同时，单一的激光波长标准拍频比对会超出探测器的频率测量范围，无法满足测量需求。因此需要进一步改进小角度测量装置的结构及其测量方法，使测量更简单、精度更高以满足如光刻机、激光雷达、精密机器人、虚拟现实等应用技术对小角度的高精度计量的需求依然是本
想要解决的技术问题。
9、本专利技术的思路是在前期研究工作的基础上，增加一套角度测量装置，构成共模装置。具体地，两套角度测量装置选用不同厚度的环形压电模块，支撑微棱镜阵列对轴心的垂直距离，以期实现两套装置中旋转微棱镜阵列引起的腔模变化与干涉选频分别同步，将两套角度测量装置输出频率进行拍频比对，在消除共模噪声的同时得到两套装置的频率差，且输出频率差值范围控制在100ghz以内，使其实现角度测量的同时，不超出探测器的频率测量范围。以解决前期研究工作中自由运行条件下被测激光的频率波动范围大和输出频率范围超出探测器测量范围的现象，实现小角度的超高精度连续测量。
10、为此，本专利技术提供一种共模消噪双激光测频的超高精度小角度测量基准装置，所述装置包括平行设置的第一光路机构与第二光路机构和拍频测量模块，其中，第一光路机构包括第一激光发生装置，第一激光发生装置的输出光光路上设置一高精密水平旋转台7，第一窄带干涉片3、第一微棱镜阵列4和第一环状压电模块5平行固定在高精密水平旋转台7上，第一微棱镜阵列4的后表面与第一环状压电模块5的前表面粘接且第一环状压电模块5的后表面中心处于所述旋转台的轴心位置；
11、第二光路机构包括第二激光发生装置和平行设置的第二窄带干涉片33、第二微棱镜阵列44和第二环状压电模块55，第二微棱镜阵列44的后表面与第二环状压电模块55的前表面粘接，且第二环状压电模块55的后表面与第一环状压电模块5的后表面处于同一平面内，且第二环状压电模块55的后表面中心处于所述旋转台的轴心位置；
12、第一激光二极管1与第二激光二极管11的初始波长相等；
13、第一环状压电模块5的厚度d1不等于第二环状压电模块55的厚度d2；
14、在各光路机构中，激光发生装置各自输出的光经过各自的窄带干涉片后被滤除带外光，得到窄带光；所述窄带光经各自的微棱镜阵列后被反射、返回到激光二极管，当腔内振荡达到阈值后，由各自的微棱镜阵列输出，得到第一被测激光和第二被测激光；两束被测激光分别输入至所述拍频测量模块，所述拍频测量模块将两束被测激光进行拍频得到拍频频率，当第一被测激光频率和第二被测激光频率分别变化δf1和δf2时，则拍频频率的变化量等于δf＝δf2-δf1。
15、在本专利技术中，第一、第二微棱镜阵列可由具备高逆反射系数的棱镜型超强级反光膜实现，例如采用中国专利技术专利申请cn 201410823342.3公开的微棱镜型反光膜。
16、在本专利技术中的每一光路中，微棱镜阵列的后表面与环状压电模块的前表面粘接在一起且环状压电模块的后表面中心处于旋转台的轴心位置，因此，可以通过调节环状压电模块的电压来调整微棱镜阵列后表面与旋转台轴心的垂直距离d，以补偿环状压电模块厚度误差以及轴心位置与环状压电模块后表面中心位置的偏离误差，对装置进行优化。
17、在本专利技术中，第一、第二光路机构是实质性相同的，例如它们的激光二极管、窄带干涉片具有相同的参数，只是环状压电模块的厚度不同，因而具有不同的谐振腔腔长。在各光路中，各光学元件均本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种共模消噪双激光测频的超高精度小角度测量基准装置，所述装置包括平行设置的第一光路机构与第二光路机构和拍频测量模块，其中，第一光路机构包括第一激光发生装置，第一激光发生装置的输出光光路上设置一高精密水平旋转台(7)，第一窄带干涉片(3)、第一微棱镜阵列(4)和第一环状压电模块(5)平行固定在高精密水平旋转台(7)上，第一微棱镜阵列(4)的后表面与第一环状压电模块(5)的前表面粘接且第一环状压电模块(5)的后表面中心处于所述旋转台的轴心位置；
2.根据权利要求1所述的超高精度小角度测量基准装置，其特征在于第一微棱镜阵列(4)和第二微棱镜阵列(44)是棱镜型超强级反光膜(71)。
3.根据权利要求1所述的超高精度小角度测量基准装置，其特征在于所述第一激光发生装置包括依序设置在第一光路上的第一激光二极管(1)和第一准直透镜(2)，且第一窄带干涉片(3)的透射峰中心波长与第一激光二极管(1)的波长匹配；所述第二激光发生装置包括依序设置在第二光路上的第二激光二极管(11)和第二准直透镜(22)，且第二窄带干涉片(33)的透射峰中心波长与第二激光二极管(11)的波
4.根据权利要求1所述的超高精度小角度测量基准装置，其特征在于所述拍频测量模块包括设置在第二环状压电模块(55)出射光方向的反射镜(6)、设置在反射镜(6)反射光方向的第一半波片(9)、设置在第一环状压电模块(5)出射光方向的第二半波片(10)、以第一半波片(9)和第二半波片(10)的输出光作为输入的偏振分光棱镜(15)、设置在偏振分光棱镜(15)输出光方向的宽带探测器(12)和频率计数器(13)；
5.根据权利要求1所述的超高精度小角度测量基准装置，其特征在于将第一窄带干涉片(3)粘接在第一微棱镜阵列(4)的前表面，第一窄带干涉片(3)、第一微棱镜阵列(4)和第一环状压电模块(5)固定为一体、共同固定在所述旋转台上；
6.根据权利要求1所述的超高精度小角度测量基准装置，其特征在于所述装置还包括超低膨胀率玻璃基座(14)，将所述激光二极管、准直透镜、窄带干涉片、微棱镜阵列、环状压电模块、高精密旋转台(7)和旋转台固定座(8)直接或间接固定在所述超低膨胀率玻璃基座(14)上。
7.根据权利要求1所述的超高精度小角度测量基准装置，其特征在于所述环状压电模块是压电陶瓷。
8.一种共模消噪双激光测频的超高精度小角度测量方法，所述方法包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种共模消噪双激光测频的超高精度小角度测量基准装置，所述装置包括平行设置的第一光路机构与第二光路机构和拍频测量模块，其中，第一光路机构包括第一激光发生装置，第一激光发生装置的输出光光路上设置一高精密水平旋转台(7)，第一窄带干涉片(3)、第一微棱镜阵列(4)和第一环状压电模块(5)平行固定在高精密水平旋转台(7)上，第一微棱镜阵列(4)的后表面与第一环状压电模块(5)的前表面粘接且第一环状压电模块(5)的后表面中心处于所述旋转台的轴心位置；
2.根据权利要求1所述的超高精度小角度测量基准装置，其特征在于第一微棱镜阵列(4)和第二微棱镜阵列(44)是棱镜型超强级反光膜(71)。
3.根据权利要求1所述的超高精度小角度测量基准装置，其特征在于所述第一激光发生装置包括依序设置在第一光路上的第一激光二极管(1)和第一准直透镜(2)，且第一窄带干涉片(3)的透射峰中心波长与第一激光二极管(1)的波长匹配；所述第二激光发生装置包括依序设置在第二光路上的第二激光二极管(11)和第二准直透镜(22)，且第二窄带干涉片(33)的透射峰中心波长与第二激光二极管(11)的波长匹配。
4.根据权利要求1所述的超高精度小角度测量基...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈景标，潘多，常鹏媛，王志洋，关笑蕾，刘天宇，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：
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