專利名稱：一種光路調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及用于調(diào)節(jié)激光干涉絕對(duì)重力儀干涉測(cè)量光路中測(cè)量光束垂直性的裝置。
背景技術(shù)：
重力場(chǎng)是反映地球內(nèi)部物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其變遷的地球物理基本場(chǎng)，高精度重力觀測(cè)資料是地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)、地球科學(xué)研究、資源勘探等領(lǐng)域的基礎(chǔ)，同時(shí)也是國(guó)家精密計(jì)量、飛行器導(dǎo)航和導(dǎo)彈制導(dǎo)等不可或缺的戰(zhàn)略數(shù)據(jù)。激光干涉絕對(duì)重力儀是目前絕對(duì)重力儀中的一種主流設(shè)計(jì)方式，是獲取微伽級(jí)(重力單位在厘米克秒制中的計(jì)量單位是厘米/秒2，為了紀(jì)念意大利人伽利略，又把厘米/秒2稱為伽)絕對(duì)重力數(shù)據(jù)的一種重要的觀測(cè)設(shè)備。目前下落法激光干涉絕對(duì)重力儀中對(duì)落體自由下落距離的測(cè)量是基于邁克爾遜干涉測(cè)量原理的。由于落體下落時(shí)接近于自由落體，如果光線入射落體時(shí)與水平面有一個(gè)
夾角i，則測(cè)量的重力加速度與真實(shí)的重力加速度5之間的關(guān)系可以用下式估算(參
見(jiàn):Ch Rothleitnerj S Svitlovj H Merimechej et al. . 2009. Development of new
free-fall absolute gravimeters. Metrologia. 46:283-297):
fgm = g COS θ ^ Q\ t ~ —I(1)當(dāng)0很小時(shí)，(I)式后半部分成立，由此可以計(jì)算出，當(dāng)夾角為0 = 44#/ arf(， 伽，，微伽)時(shí)引起的測(cè)量誤差為ι Gal μ0α .甩溈！。因此，在測(cè)量過(guò)程中需要盡量減小0,以保證測(cè)量精度，這里就需要一個(gè)精確的光線垂直性調(diào)節(jié)的機(jī)構(gòu)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種光路調(diào)節(jié)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光干涉絕對(duì)重力儀干涉測(cè)量光路測(cè)量光束的垂直性精確調(diào)節(jié)。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下一種光路調(diào)節(jié)裝置，包括激光器、分光鏡、水銀盤、反射鏡、自準(zhǔn)直儀，以及容納和固定所述激光器、分光鏡、水銀盤、反射鏡和自準(zhǔn)直儀的支架，所述支架設(shè)有調(diào)節(jié)地腳；所述分光鏡設(shè)置于所述支架中部，并與所述支架的底板呈45°傾斜放置；所述反射鏡設(shè)置于所述分光鏡的上方；所述水銀盤位于所屬分光鏡的下方，水銀盤的水銀面與所述反射鏡的反射面平行，且所述反射鏡下表面的反射光束入射在所述水銀面的中央；所述激光器用于向所述分光鏡發(fā)出激光，所述激光與所述支架的底板相平行，且所述激光與所述分光鏡呈45 度；所述自準(zhǔn)直儀設(shè)置于所述分光鏡遠(yuǎn)離激光器的一側(cè)，用于接收從所述分光鏡得到的激光。本實(shí)用新型的有益效果是在支架上放置水銀盤，在調(diào)節(jié)支架的地腳以調(diào)節(jié)支架傾斜度的同時(shí)，水銀盤的反光面(水銀盤的水銀面)可以始終處于水平狀態(tài)，從而可以保證入射到反射鏡的測(cè)量光束與水平面垂直，保證測(cè)量的精確性，同時(shí)可以對(duì)激光器發(fā)射的激光經(jīng)過(guò)分光鏡后得到的兩束光線的平行性進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而使得分光鏡另一側(cè)的兩束光線能夠相互重疊形成干涉條紋，以進(jìn)行測(cè)量。其中，自準(zhǔn)直儀用于測(cè)量分光鏡另一側(cè)的兩束光線是否重疊。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型還可以做如下改進(jìn)。進(jìn)一步，所屬反射鏡為角錐棱鏡。采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，采用角錐棱鏡可以使得角錐棱鏡的放置傾斜度不會(huì)影響整個(gè)調(diào)整裝置的調(diào)整精度。進(jìn)一步，所述激光器發(fā)出的激光通過(guò)至少一個(gè)平面反射鏡的反射后到達(dá)所述分光鏡。如，激光器可以于分光鏡的入射光線方向平行放置，利用兩個(gè)平面反射鏡將激光器發(fā)射的激光反射到分光鏡。采用上一步方案的有益效果是，可以進(jìn)一步縮小干涉測(cè)量系統(tǒng)的體積，便于安裝和攜帶。進(jìn)一步，所述激光器發(fā)出的激光通過(guò)兩個(gè)平面反射鏡的反射后到達(dá)所述分光鏡。采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，因?yàn)橐话銥榱藴p小干涉儀的體積，將激光器放置在分光鏡后，與分光鏡入射光線方向平行，因此至少需要兩個(gè)平面反射鏡才能將光線反射180度入射分光鏡。進(jìn)一步，所述激光器射向分光鏡的光路上設(shè)有準(zhǔn)直光管。采用上一步方案的有益效果是，可以獲得平行光束，同時(shí)可以濾除雜散光，保證整個(gè)干涉測(cè)量裝置的測(cè)量精度。進(jìn)一步，所述自準(zhǔn)直儀和分光鏡之間設(shè)有反射鏡，所述分光鏡遠(yuǎn)離激光器的一側(cè)得到的兩束的激光通過(guò)所述反射鏡射向所述自準(zhǔn)直儀。比如利用反射鏡將分光鏡后的兩束光反射90度進(jìn)入自準(zhǔn)直儀。采用上一步方案的有益效果是，可以將準(zhǔn)直儀放置在干涉測(cè)量系統(tǒng)外部，這樣在光線垂直性調(diào)整的時(shí)候，不需要移除干涉儀內(nèi)分光鏡后面的相關(guān)光學(xué)元件與電子單元。

圖1為一種激光干涉絕對(duì)重力儀結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中的測(cè)量光路示意圖；圖3為本實(shí)用新型光路調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型光路調(diào)節(jié)裝置的光線調(diào)節(jié)示意圖。附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下LS、準(zhǔn)直光管，BS、分光鏡，Ml、反射鏡，M2、參考棱鏡，P、水銀盤，Z、自準(zhǔn)直儀。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本實(shí)用新型，并非用于限定本實(shí)用新型的范圍。如圖1、圖2所示，激光干涉絕對(duì)重力儀中，高穩(wěn)頻激光器發(fā)射的激光束經(jīng)過(guò)兩次反射后進(jìn)入準(zhǔn)直光管LS，經(jīng)過(guò)LS調(diào)整后得到一束平行光束0，入射分光鏡BS，產(chǎn)生測(cè)量光束Ll和參考光束L3。其中，光束0從分光鏡BS上表面反射成為測(cè)量光束Li，經(jīng)反射鏡Ml (激光干涉絕對(duì)重力儀中采用角錐棱鏡作為落體上的光反射元件)反射成為測(cè)量光束L2并入射分光鏡BS上表面；光束0從分光鏡BS上表面入射，從分光鏡BS下表面透射成參考光束L3，參考光束L3經(jīng)過(guò)參考棱鏡M2反射回分光鏡BS的下表面。測(cè)量光束L2經(jīng)過(guò)分光鏡 BS透射以及參考光束L3經(jīng)過(guò)分光鏡BS反射后，測(cè)量光束L2和參考光束L3重合并產(chǎn)生干涉，成為重合后的干涉光束1，該干涉光束1由光電接收器R接收后再轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，以進(jìn)行重力加速度的測(cè)量。該光路中，要求測(cè)量光束Ll和測(cè)量光束L2與水平面垂直，才能保證測(cè)量的精確性，同時(shí)測(cè)量光束L2和參考光束L3必須重合并產(chǎn)生干涉形成干涉光束1才能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)重力加速度進(jìn)行測(cè)量。因此，對(duì)于激光干涉絕對(duì)重力儀進(jìn)行調(diào)整，以保證測(cè)量光束 Ll和測(cè)量光束L2與水平面相垂直并且使得測(cè)量光束L2和參考光束L3重合并產(chǎn)生干涉形成光束1，對(duì)于重力加速度的測(cè)量至關(guān)重要。如圖3所示，本實(shí)用新型的光路調(diào)節(jié)裝置主要包括激光器、分光鏡BS、水銀盤P、反射鏡Ml、自準(zhǔn)直儀Z，也可以包括上述準(zhǔn)直光管LS以及光路需要的反射鏡，還包括容納和固定激光器、準(zhǔn)直光管LS、分光鏡BS、水銀盤P、反射鏡Ml和自準(zhǔn)直儀Z以及反射鏡的支架， 該支架可以為激光干涉絕對(duì)重力儀的本體，激光器、準(zhǔn)直光管LS、分光鏡BS、水銀盤P、反射鏡Ml和自準(zhǔn)直儀Z以及反射鏡均固定在該本體上，地腳可以直接設(shè)置在激光干涉絕對(duì)重力儀(支架)的底部；分光鏡BS設(shè)置于支架的中部，并與支架的底板呈45°傾斜放置；水銀盤 P設(shè)置于分光鏡BS的下方；反射鏡Ml (由于調(diào)整時(shí)落體至于真空中，無(wú)法調(diào)整其位置，故需要利用一塊專門的棱鏡來(lái)調(diào)整，該棱鏡與落體結(jié)構(gòu)相同)設(shè)置于分光鏡BS的上方，反射鏡 Ml的下表面與水銀盤P的水銀面平行(由于角錐棱鏡自身性質(zhì)決定了其入射光和出射光平行，故這里的平行沒(méi)有嚴(yán)格的要求)；準(zhǔn)直光管LS用于接受激光器發(fā)射的激光束，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直光管LS內(nèi)部光學(xué)系統(tǒng)后，濾除雜散光，出射平行光束0，入射分光鏡BS上表面，該激光與支架的底板相平行，且該激光與分光鏡BS上該激光的入射面呈45度；自準(zhǔn)直儀Z設(shè)置于分光鏡BS遠(yuǎn)離激光器的一側(cè)，用于接收從分光鏡BS透過(guò)的激光。光路中，激光器發(fā)出的激光可以通過(guò)1個(gè)或多個(gè)平面反射鏡進(jìn)行反射，再射向分光鏡BS。比如利用兩個(gè)平面反射鏡將激光器發(fā)射的激光反射到分光鏡BS上，從而可以進(jìn)一步縮小干涉測(cè)量系統(tǒng)的體積，便于安裝和攜帶。在自準(zhǔn)直儀Z和分光鏡BS之間還可以設(shè)置反射鏡，分光鏡BS遠(yuǎn)離激光器的一側(cè)得到的兩束的激光通過(guò)反射鏡射向自準(zhǔn)直儀Z，這樣可以將自準(zhǔn)直儀放置在干涉測(cè)量系統(tǒng)外部，這樣在光線垂直性調(diào)整的時(shí)候，不需要移除干涉儀內(nèi)分光鏡BS后面的相關(guān)光學(xué)元件與電子單元。由于水銀盤P的表面可以始終保持水平狀態(tài)，使用時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)地腳使得光路發(fā)生細(xì)微變化，就可以調(diào)節(jié)測(cè)量光束Ll和測(cè)量光束L2與水平面的垂直狀態(tài)以及測(cè)量光束L2 和參考光束L3重合并產(chǎn)生干涉形成光束1。通過(guò)自準(zhǔn)直儀Z對(duì)測(cè)量光束L2和參考光束L3 的接收和判斷就可以斷定測(cè)量光束L2和參考光束L3是否能夠重合。反射鏡Ml采用角錐棱鏡，它自身的性質(zhì)決定了它的反射光線可以與入射光線平行出射，及可以保證測(cè)量光束 Ll和測(cè)量光束L2相平行，這樣更利于測(cè)量。[0031]參照?qǐng)D4，本實(shí)用新型進(jìn)行光路調(diào)節(jié)的原理如下。圖4中，AABC為直角三角形，根據(jù)反射定律，反射角等于入射角，可知光線0在分 光鏡BS上表面反射，在AABC內(nèi)存在關(guān)系/2+2 X /l + a° = 90c(1)
反射鏡Ml是角錐棱鏡，其自身性質(zhì)決定了入射光心與出射光線平行，故有
Zl =
由(1)式、(2)式可知 Z3 + 2 X Zl + = 90°
反射鏡Ml下表面與水銀盤P的水銀面平行，可知
(2)
(4)
由反射定律可知
Z 4 = Z5(5)
<4 = <5 (5) 由(3)、(4)、(5)式可知
3 "4~ ^L 丄=- J Cji、O)
在A DEG中，DF為底邊垂線，由于分光鏡BS與底板成45°放置，則有
\J = J r 4-3 = .<3 ‘ ~~“ム八 JL ~~ O(,ノ
DG為分光鏡BS下表面的一條法線，由反射定律可知
Z6=Z7(8)
分光鏡BS可以認(rèn)為是ー塊平行平板，則可知透射光線與入射光線平行，則有
進(jìn)而可知
Cf
又
=4 D 一 +
由(7)、(8)、(9)式可知[0033](3)(9)[0055][0056]
權(quán)利要求1.一種光路調(diào)節(jié)裝置，其特征在于包括激光器、分光鏡、水銀盤、反射鏡、自準(zhǔn)直儀， 以及容納和固定所述激光器、分光鏡、水銀盤、反射鏡和自準(zhǔn)直儀的支架，所述支架設(shè)有調(diào)節(jié)地腳；所述分光鏡設(shè)置于所述支架中部，并與所述支架的底板呈45°傾斜放置； 所述反射鏡設(shè)置于所述分光鏡的上方；所述水銀盤設(shè)置于所述分光鏡的下方，水銀盤的水銀面與所述反射鏡下表面平行，且所述反射鏡下表面的反射光束入射在所述水銀面的中央；所述激光器用于向所述分光鏡發(fā)出激光，所述激光與所述支架的底板相平行，且所述激光與所述分光鏡呈45度；所述自準(zhǔn)直儀設(shè)置于所述分光鏡遠(yuǎn)離激光器的一側(cè)，用于接收從所述分光鏡得到的激光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光路調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述反射鏡為角錐棱鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光路調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述激光器發(fā)出的激光通過(guò)至少一個(gè)平面反射鏡的反射后到達(dá)所述分光鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光路調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述激光器發(fā)出的激光通過(guò)兩個(gè)平面反射鏡的反射后到達(dá)所述分光鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光路調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述激光器射向分光鏡的光路上設(shè)有準(zhǔn)直光管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光路調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述自準(zhǔn)直儀和分光鏡之間設(shè)有反射鏡，所述分光鏡遠(yuǎn)離激光器的一側(cè)得到的兩束的激光通過(guò)所述反射鏡射向所述自準(zhǔn)直儀。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種光路調(diào)節(jié)裝置，包括激光器、分光鏡、水銀盤、反射鏡、自準(zhǔn)直儀，以及容納和固定所述激光器、分光鏡、水銀盤、反射鏡和自準(zhǔn)直儀的支架，所述支架設(shè)有調(diào)節(jié)地腳；所述分光鏡設(shè)置于所述支架中部，并與所述支架的底板呈45°傾斜放置；所述反射鏡設(shè)置于所述分光鏡的上方，所述水銀盤設(shè)置于分光鏡的下方，其水銀面與反射鏡下表面平行；所述激光器用于向所述分光鏡發(fā)出激光，所述激光與所述支架的底板相平行，且所述激光與所述分光鏡呈45度；所述自準(zhǔn)直儀設(shè)置于所述分光鏡遠(yuǎn)離激光器的一側(cè)，用于接收從所述分光鏡得到的激光。本實(shí)用新型用于調(diào)整激光干涉絕對(duì)重力儀測(cè)量光束的垂直性，消除由此引入的系統(tǒng)偏差。
文檔編號(hào)G01V7/02GK202141813SQ20112025689
公開(kāi)日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月20日
發(fā)明者吳瓊, 滕云田, 郭有光 申請(qǐng)人:中國(guó)地震局地球物理研究所