專利名稱：光學延時標準具及測試光路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于任意反射面激光干涉測速領域，具體涉及一種用于任意反射面激光干涉測速儀中的光學延時標準具及測試光路。
背景技術：
已有技術中的任意反射面激光干涉測速系統(tǒng)中，干涉儀中的條紋常數(shù)F與標準具的長度L的關系為F=cλ04(n-1/n)1L---(1)]]>式中c-真空內的光速；n-標準具折射率；λ0-照明激光波長。
由(1)式可以看出，條紋常數(shù)與標準具的長度成反比，標準具越長，條紋常數(shù)越小，表示VISAR的測速靈敏度越高，測量越精確。因而VISAR在設計時無不追求加大標準具的長度以減小條紋常數(shù)，提高儀器的速度靈敏度。而加大標準具長度的同時，又要保證標準具在選材和加工中波長量級的精度要求，特別是大尺寸高精度光學胚料的熔煉、加工和鍍膜工藝，這是很難做到的。
文獻《任意反射面激光干涉測速系統(tǒng)的改進》(Willard F.Hemsing，Veloeity sensinginterferometer(VISAR)modification，Rev.Sci.Instrum.，50(1)，1979，P5中)報道了任意反射面激光干涉測速系統(tǒng)，其中采用了標準具作為延時器件。存在的不足之處是(1)使用單次通過的標準具，比較長；(2)水平方向和垂直方向上標準具的空間沒有充分加以利用，采用的是單靈敏度和單點設計；(3)整個系統(tǒng)結構較復雜。

發(fā)明內容
為了克服已有技術中標準具的設置較長，沒有充分利用水平方向和垂直方向上標準具的空間及結構較復雜的不足，本發(fā)明提供一種用于激光干涉測速儀中的光學延時標準具及測試光路。
本發(fā)明的光學延時標準具，其主體為一個玻璃基材的光學圓柱，在光學圓柱前表面上分區(qū)分別鍍有分光膜和高反射膜，在光學圓柱后表面上分區(qū)分別鍍有增透膜和高反射膜。光學圓柱的前表面與后表面相互平行。
本發(fā)明的光學延時標準具的前后兩個表面各自面形均小于λ/5。前后兩個表面之間的平行度小于30″。光學延時標準具前后兩個表面上分區(qū)鍍的高反射膜均為內反射膜，反射率分別大于80％。光學延時標準具的前表面分區(qū)分別鍍的分光膜為介質膜，透過率為35％～65％，后表面上分區(qū)鍍的增透膜為介質膜，透過率大于85％。光學延時標準具前后兩個表面分別鍍的高反射膜均為條形帶狀高反射膜，兩個表面的高反射膜方向一致。
本發(fā)明的光學延時標準具，在使用中為達到利用較短的標準具提高儀器的條紋靈敏度，設置為使進入標準具的光(入射角較小)在標準具內的兩個高反射膜之間多次反射后出射，其對應的干涉儀條紋常數(shù)靈敏度相應提高多倍。
使用中為達到利用一個標準具實現(xiàn)水平面內的雙靈敏度設置，采用本發(fā)明的光學延時標準具的測試光路為使進入標準具的光被分為兩束，兩束光分別以不同的角度進入標準具，入射角較小的光在標準具內的兩個高反射膜之間多次反射后出射，其對應的干涉儀條紋常數(shù)較小。入射角較大的光在標準具內被后端面的高反射膜一次反射后出射，對應干涉儀的條紋常數(shù)較大。這樣，在水平面內，實現(xiàn)了對同一目標(光源)同時采用兩個靈敏度(條紋常數(shù))進行測試。
作為設計的進一步優(yōu)化，在豎直面內，空分利用標準具的空間尺寸，在不同高度布置相同的雙靈敏度設置，功能上相當于多臺設置相同的干涉儀共用一個標準具，可同時實現(xiàn)對多個目標或一個目標上的多個監(jiān)測點進行測量，大大簡化儀器設置和儀器造價。
本發(fā)明的光學延時標準具及測試光路可以在不增加標準具長度的前提下，提高干涉儀條紋靈敏度，或者用較短的標準具可以實現(xiàn)較長標準具對應的條紋常數(shù)，同時，單一光學延遲標準具可以實現(xiàn)雙靈敏度測試的功能，并且可以多點同時進行測量，充分利用水平方向和垂直方向上標準具的空間，大大簡化干涉儀的內部結構，降低儀器的造價。
下面結合附圖對本發(fā)明的光學延時標準具及測試光路作進一步說明。


圖1為采用已有技術的標準具的干涉儀中的光路結構示意2為采用本發(fā)明的光學延時標準具的干涉儀中實施例的光路結構示意3為采用本發(fā)明的光學延時標準具的應用例1的光路結構示意4為采用本發(fā)明的光學延時標準具應用例2的入射光分布示意5為采用本發(fā)明的光學延時標準具應用例2的入射光分布右視中1.反射鏡2.反射鏡3.分束器4.標準具5.光電探測器6.入射光7.分光膜8.分光膜9.增透膜10.光電探測器11.高反射膜12.反射鏡13.高反射膜14.光電探測器15.光電探測器。e、f、g、h是四個測試點，符號“●”代表高靈敏度干涉腔中的光點，符號“▲”代表低靈敏度干涉腔中的光點。
具體實施例方式
圖1為采用已有技術的標準具的干涉儀中的光路結構示意圖。入射光6被分束器3分為兩路，反射的一路經(jīng)反射鏡1到達到分束器3上，由分束器3分光后，一部分進入光電探測器5，另一部分進入到光電探測器10；透射的一路經(jīng)過標準具4后，被反射鏡2反射，通過標準具4到達分束器3上，由分束器3分光后，一部分進入光電探測器5，另一部分進入到光電探測器10。
實施例圖2為采用本發(fā)明的光學延時標準具的干涉儀中實施例的光路結構示意圖，本發(fā)明的光學延時標準具的主體為一個較短玻璃基材的光學圓柱4，在光學圓柱4的前端面AD分區(qū)分別依次鍍有分光膜7、高反射膜11和分光膜8，在后端面BC分區(qū)分別鍍有增透膜9和高反射膜13，光學圓柱4的前端面AD與后端面BC相互平行，前端面AD和后端面BC各自面形均小于λ/5，前端面AD和后端面BC平行度為小于30″，前端面AD上鍍的高反射膜11和后端面BC上鍍的高反射膜13均為內反射膜，反射率均大于85％，前端面AD分區(qū)分別鍍的分光膜(7、8)為介質膜，透過率大于85％，前端面AD鍍的高反射膜11與后端面BC鍍的高反射膜13均為條形帶狀高反射膜，兩高反射膜的方向一致。入射光6由前端面上的分光膜7分光后，一路經(jīng)反射鏡1發(fā)射到前端面AD上的分光膜8，由分光膜8分光后，一部分進入光電探測器5，另一部分經(jīng)過后端面BC上的增透膜9進入到光電探測器10；另一路進入標準具4，并在標準具4前后兩端面高反射膜(11、13)之間多次反射后，經(jīng)過分光膜8，一部分進入光電探測器5，另一部分經(jīng)過后端面BC上的增透膜9進入到光電探測器10。這樣一來實際增加了標準具的有效長度，相應增加了延時臂的延時時間，提高了干涉儀的靈敏度。
本發(fā)明中將已有技術中的分束器、反射鏡分別集成為標準具的前端面AD上的高反射膜11和后兩端面BC上的高反射膜13，簡化了光學元件和儀器調節(jié)結構。
應用例1圖3為采用本發(fā)明的光學延時標準具的應用例1的光路結構示意圖。在圖3中，可以看出，本發(fā)明的光學延時標準具的結構與實施例基本相同，應用中，為了充分利用水平面內光學延時標準具的尺寸，同時滿足激光干涉測速儀雙靈敏度測試的要求，進行了進一步的改進。
采用本發(fā)明的光學延時標準具的測試光路為入射光6為一束光，經(jīng)角度分光鏡將一束光分為兩束光，其中，角度較大的一束光經(jīng)過分光膜7分光后，一路經(jīng)反射鏡12反射到前端面AD上的分光膜8，再由分光膜8分光后，一部分光進入光電探測器14，另一部分光經(jīng)過后端面BC上的增透膜9進入到光電探測器15；經(jīng)過分光膜7分光后的另一路光進入標準具4，并在標準具4前后兩端面高反射膜(11、13)之間反射一次后，經(jīng)過分光膜8，一部分光進入光電探測器14，另一部分光經(jīng)過后端而BC上的增透膜9進入到光電探測器15。
角度較小的一束光經(jīng)過分光膜7分光后，一路經(jīng)反射鏡1發(fā)射到前端面AD上的分光膜8，再由分光膜8分光后，一部分光進入光電探測器5，另一部分光經(jīng)過后端面BC上的增透膜9進入到光電探測器10；經(jīng)過分光膜7分光后的另一路光進入標準具4，并在標準具4前后兩端面高反射膜(11、13)之間多次反射后，經(jīng)過分光膜8，一部分光進入光電探測器5，另一部分光經(jīng)過后端面BC上的增透膜9進入到光電探測器10。
這樣設計后，高低兩個干涉系統(tǒng)的幾何尺寸比較接近，而且整臺干涉儀的外形也較為緊湊，內部結構簡化，并同時實現(xiàn)高靈敏度激光干涉測速儀的要求和雙靈敏度測試的需要，功能上相當于兩臺傳統(tǒng)結構任意反射面激光干涉測速儀的融合。
應用例2圖4為采用本發(fā)明的光學延時標準具應用例2的入射光分布示意5為采用本發(fā)明的光學延時標準具應用例2的入射光分布右視圖在圖4、圖5中，本應用例中，光學延時標準具的結構與應用例1基本相同。作為系統(tǒng)優(yōu)化結構的進一步改進，入射光6采用四束光，在豎直方向上，利用標準具的空間尺寸，沿高度方向分別設置四個不同的入射光點(e、f、g、h)，其中四個點的參數(shù)又是完全一樣的，功能上相當于多臺設置相同的干涉儀共用一個標準具，可同時實現(xiàn)對多個目標或一個目標上的多個監(jiān)測點進行測量，大大簡化儀器設被數(shù)量和極低的儀器研制費用。(“●”代表高靈敏度干涉腔中的光點，符號“▲”代表低靈敏度干涉腔中的光點)
權利要求
1.一種光學延時標準具，含有一個玻璃基材的光學圓柱(4)，其特征在于在光學圓柱(4)的前表面AD上分區(qū)分別鍍有分光膜(7，8)和高反射膜(11)，在光學圓柱(4)的后表面BC上分區(qū)上分別鍍有增透膜(9)和高反射膜(13)；光學圓柱(4)的前表面AD與后表面BC相互平行。
2.根據(jù)權利要求1所述的光學延時標準具，其特征在于所述的光學延時標準具的前表面AD和后表面BC各自面形均小于λ/5。
3.根據(jù)權利要求1所述的光學延時標準具，其特征在于所述的光學延時標準具的前表面AD和后表面BC的平行度小于30″。
4.根據(jù)權利要求1所述的光學延時標準具，其特征在于所述的光學延時標準具的前表面AD分區(qū)鍍的高反射膜(11)和后表面BC分區(qū)鍍的高反射膜(13)均為內反射膜，反射率分別大于80％。
5.根據(jù)權利要求1所述的光學延時標準具，其特征在于所述的光學延時標準具的前表面AD分區(qū)分別鍍的分光膜(7、8)為介質膜，透過率為35％～65％。
6.根據(jù)權利要求1所述的光學延時標準具，其特征在于所述的光學延時標準具的后表面BC上分區(qū)鍍的增透膜(9)為介質膜，透過率不小于85％。
7.根據(jù)權利要求1所述的光學延時標準具，其特征在于所述的光學延時標準具的前表面AD鍍的高反射膜(11)和后表面BC鍍的高反射膜(13)均為條形帶狀高反射膜，高反射膜(11)和高反射膜(13)的方向一致。
8.一種采用權利要求1所述的光學延時標準具的測試光路，其特征在于入射光(6)為一束光，經(jīng)角度分光鏡將一束光分為兩束光，其中，角度較大的一束光經(jīng)過分光膜(7)分光后，一路經(jīng)反射鏡(12)反射到前端面AD上的分光膜(8)，再由分光膜(8)分光后，一部分光進入光電探測器(14)，另一部分光經(jīng)過后端面BC上的增透膜(9)進入到光電探測器(15)；經(jīng)過分光膜(7)分光后的另一路光進入標準具(4)，并在標準具(4)前后兩端面高反射膜(11、13)之間反射一次后，經(jīng)過分光膜(8)，一部分光進入光電探測器(14)，另一部分光經(jīng)過后端面BC上的增透膜(9)進入到光電探測器(15)；角度較小的一束光經(jīng)過分光膜7分光后，一路經(jīng)反射鏡1發(fā)射到前端面AD上的分光膜(8)，再由分光膜(8)分光后，一部分光進入光電探測器(5)，另一部分光經(jīng)過后端面BC上的增透膜(9)進入到光電探測器(10)；經(jīng)過分光膜(7)分光后的另一路光進入標準具(4)，并在標準具(4)前后兩端面高反射膜(11、13)之間多次反射后，經(jīng)過分光膜(8)，一部分光進入光電探測器(5)，另一部分光經(jīng)過后端面BC上的增透膜(9)進入到光電探測器(10)。
9.根據(jù)權利要求8所述的采用光學延時標準具的測試光路，其特征在于所述的入射光(6)采用四束光。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于任意反射面激光干涉測速儀中的光學延時標準具及測試光路。光學延時標準具的主體為光學圓柱，在光學圓柱前表面上分區(qū)分別鍍有分光膜和高反射膜，在光學圓柱后表面上分區(qū)分別鍍有增透膜和高反射膜。使用中，使進入光學延遲標準具的光被分為兩束不同入射角度的光，較小入射角的光在光學延時標準具的兩個高反射膜之間多次反射后出射，也可在沿高反射膜帶狀方向上設置多束光進行測量。本發(fā)明的光學延時標準具及測試光路在不增加標準具長度的前提下，提高干涉儀條紋靈敏度，或用較短的標準具實現(xiàn)較高的干涉儀條紋靈敏度，同時實現(xiàn)雙靈敏度和多點同時進行測量，簡化了干涉儀的內部結構，儀器造價低。
文檔編號G01S17/58GK1900723SQ20061002134
公開日2007年1月24日 申請日期2006年7月4日 優(yōu)先權日2006年7月4日
發(fā)明者彭其先, 馬如超, 李澤仁, 劉俊, 陳光華, 鄧向陽, 王海霞 申請人:中國工程物理研究院流體物理研究所