專利名稱：基于法拉第旋光效應(yīng)的入射光原路返回的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以采用光學(xué)方法為特征的計量方法，尤其是涉及一種基于法拉第旋光效應(yīng)的入射光原路返回的方法。
背景技術(shù)：
平面鏡干涉儀廣泛地應(yīng)用于測量x-y運動平臺的線性位移，有很高的測量精度和很大的線性測量范圍，但是其最大的缺點是對被測運動平臺導(dǎo)軌的直線度要求非常高，被測運動平臺的稍一偏轉(zhuǎn)就使得探測器不能接收到信號，使其不可測量，當(dāng)然更不可能實現(xiàn)對被測運動平臺因稍稍偏轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的角度的測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于法拉第旋光效應(yīng)的入射光原路返回的方法，能夠應(yīng)用于要求光路返回的測量領(lǐng)域。例如應(yīng)用于平面鏡干涉儀，使其能夠克服因被測運動平臺的稍微偏轉(zhuǎn)就使得探測器不能接收到信號這一缺點，不儀能夠測量被測運動平臺的位移，而且能夠?qū)崿F(xiàn)被測運動平臺稍稍偏轉(zhuǎn)引起的角度的測量。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一束振動方向垂直于紙面的線偏振光經(jīng)過能夠旋光45°的法拉第旋光器，其偏振方向改變45°，入射至偏振分光鏡，透過偏振分光鏡和1/4波晶片至裝在被測物體上的測量平面鏡，經(jīng)測量平面鏡反射至角錐棱鏡后，利用角錐棱鏡的逆反射特性，平行出射返回至原測量平面鏡，經(jīng)測量平面鏡反射后再次透過1/4波晶片，由偏振分光鏡反射后垂直入射到參考平面鏡，由于光路的可逆和器件的偏振特性，垂直入射到參考平面鏡的激光將按原路返回，最后經(jīng)法拉第旋光器透射后成為振動方向平行于紙面的線偏振光，實現(xiàn)了光路的原路返回。
第一次入射至偏振分光鏡的線偏振光的振動方向與偏振分光鏡的透振方向平行，參考平面鏡的反射平面與偏振分光鏡的透振方向平行。
本發(fā)明具有的有益效果是1)能夠應(yīng)用于要求光路返回的測量領(lǐng)域。
2)應(yīng)用于平面鏡干涉儀，使其能夠克服因被測運動平臺的稍微偏轉(zhuǎn)就使得探測器不能接收到信號這一缺點，不僅能夠測量被測運動平臺的位移，而且能夠?qū)崿F(xiàn)被測運動平臺稍稍偏轉(zhuǎn)引起的角度的測量。
3)采用光學(xué)元件，結(jié)構(gòu)簡單。
本發(fā)明適用于納米、微光機電、集成電路芯片制造和生物技術(shù)等測量領(lǐng)域。


圖1是基于法拉第旋光效應(yīng)的入射光原路返回的方法。
圖2是返回裝置應(yīng)用于平面鏡干涉儀。
圖中1、雙頻激光器，2、分束鏡，3、第一檢偏器，4、第一探測器，5第一偏振分光鏡，6、第一1/4波晶片，7、參考平面鏡，8、第二檢偏器，9、第二探測器，10、法拉第旋光器，11、第二偏振分光鏡，12、固定平面鏡，13、第二1/4波晶片，14、角錐棱鏡，15、測量平面鏡。
具體實施例方式
在圖1所示一束振動方向垂直于紙面的線偏振光經(jīng)過能夠旋光45°的法拉第旋光器10，從入射方向看，偏振方向順時針方向改變了45°，入射至偏振分光鏡11，偏振分光鏡11與x-y平面45°放置，因此其透振方向與入射光的透振方向一致，f1透過偏振分光鏡11，經(jīng)1/4波晶片13被裝在被測物體上的測量平面鏡反射至角錐棱鏡14，由角錐棱鏡14的逆反射特性，平行出射后重新入射至測量平面鏡15，經(jīng)測量平面鏡15反射后再次透過1/4波晶片13，由于兩次透過1/4波晶片13，f1的偏振態(tài)又改變了90°，與偏振分光鏡11的透振方向垂直，經(jīng)偏振分光鏡11反射后垂直入射到參考平面鏡12，參考平面鏡的反射面與偏振分光鏡11的透振方向呈平行放置。由光路的可逆原理和器件的偏振特性，f1被參考平而鏡垂直反射后將按原路返回經(jīng)偏振分光鏡11反射，1/4波晶片13-測量平面鏡15-角錐棱鏡14-測量平面鏡15-1/4波晶片13，重新射至偏振分光鏡11，由于在返回過程中，再次兩次透過1/4波晶片，f1的偏振態(tài)在原來基礎(chǔ)上又改變了90°，與偏振分光鏡11的透振方向一致，使得f1按原路透過偏振分光鏡11，最后經(jīng)法拉第旋光器順時針旋光45°后，成為振動方向平行于紙面的線偏振光，實現(xiàn)了光路的原路返回。
把基于法拉第旋光效應(yīng)的入射光原路返回的方法應(yīng)用于平面鏡干涉儀，見圖2所示，光源為橫向塞曼效應(yīng)He-Ne雙頻激光器1，該激光器輸出兩個不同頻率的正交線偏振光，其頻差約為1.900MHZ。激光器1發(fā)出的激光束被分束鏡2分成兩部分，一部分被分束鏡2反射后，經(jīng)第一檢偏器3拍頻后進入第一探測器4成為參考；另一部分透過分束鏡2被第一偏振分光鏡5分成頻率不同的兩束線偏振光，被第一偏振分光鏡5反射的那束，其偏振態(tài)平行于紙面，它透過第一1/4波晶片6后，被參考平面鏡7垂直反射后，再次透過第一1/4波晶片6，由于兩次透過第一1/4波晶片，其偏振態(tài)改變90°，透過第一偏振分光鏡7后成為參考光；另一頻率的光透過第一偏振分光鏡5其偏振態(tài)與紙面垂直，經(jīng)過權(quán)利要求所述的基于法拉第旋光效應(yīng)的入射光原路返回裝置，按原路返回后成為振動方向平行于紙面的線偏振光，經(jīng)第一偏振分光鏡5反射，透過第二檢偏器8后，與參考光拍頻進入第二探測器9。
從中可以看出，無論測量鏡怎樣運動，其反射光線只要被角錐棱鏡14捕捉，就能保證激光按原路返回。若測量鏡作繞z方向的平面運動，x為其沿X軸的平動位移，θ為其繞Z軸旋轉(zhuǎn)的角位移，則系統(tǒng)的光程差可表示為OPD(x，θ)＝f(θ，α)x+g1(θ)Ls+g2(θ；n)Dr (1)f(θ,α)=8cos2(α-θ)cosα---(2)]]>g1(θ)＝-8sin2θ (3)g2(θ;n)=2n2-1+cos4θ-2n---(4)]]>其中Dr為角錐棱鏡的直徑，Ls為起始時刻測量鏡的反射點到角錐棱鏡的垂直距離，n為角錐棱鏡的折射率，α為初始時刻測量鏡與入射激光的夾角。當(dāng)θ＝0時，g1(θ)，g2(θ)都為0，OPD(x，θ)＝8xcosα (5)這樣就根據(jù)(5)可得到被測運動平臺沿x方向的平動位移。
由于基于法拉第旋光效應(yīng)的入射光原路返回裝置，使得平面鏡干涉儀對導(dǎo)軌的直線度不敏感，若平行放置兩套這樣的干涉儀，還可以實現(xiàn)因運動平臺稍稍偏轉(zhuǎn)引起的角度測量。
權(quán)利要求
1.基于法拉第旋光效應(yīng)的入射光原路返回的方法，其特征在于一束振動方向垂直于紙面的線偏振光經(jīng)過能夠旋光45°的法拉第旋光器，其偏振方向改變45°，入射至偏振分光鏡，透過偏振分光鏡和1/4波晶片至裝在被測物體上的測量平面鏡，經(jīng)測量平面鏡反射至角錐棱鏡后，利用角錐棱鏡的逆反射特性，平行出射返回至原測量平面鏡，經(jīng)測量平面鏡反射后再次透過1/4波晶片，由偏振分光鏡反射后垂直入射到參考平面鏡，由于光路的可逆和器件的偏振特性，垂直入射到參考平面鏡的激光將按原路返回，最后經(jīng)法拉第旋光器透射后成為振動方向平行于紙面的線偏振光，實現(xiàn)了光路的原路返回。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于法拉第旋光效應(yīng)的入射光原路返回的方法，其特征在于第一次入射至偏振分光鏡的線偏振光的振動方向與偏振分光鏡的透振方向平行，參考平面鏡的反射平面與偏振分光鏡的透振方向平行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于法拉第旋光效應(yīng)的入射光原路返回的方法。一束振動方向垂直于紙面的線偏振光經(jīng)過能夠旋光45°的法拉第旋光器，其偏振方向改變45°，入射至偏振分光鏡，經(jīng)偏振分光鏡和1/4波晶片至裝在被測物體上的測量平面鏡，再反射至角錐棱鏡后，利用角錐棱鏡的逆反射特性，平行出射返回至原測量平面鏡，經(jīng)測量平面鏡反射后再次透過1/4波晶片，由偏振分光鏡反射后垂直入射到參考平面鏡，由于光路的可逆和器件的偏振特性，垂直入射到參考平面鏡的激光將按原路返回，最后經(jīng)法拉第旋光器透射后成為振動方向平行于紙面的線偏振光，實現(xiàn)了光路的原路返回。可應(yīng)用于光路原路返回的測量儀器。本發(fā)明適用于納米、微光機電、集成電路芯片制造和生物技術(shù)等測量領(lǐng)域。
文檔編號G01D5/26GK1924643SQ200610053379
公開日2007年3月7日 申請日期2006年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月13日
發(fā)明者陳本永, 鐘挺, 孫政榮, 張麗瓊, 楊濤 申請人:浙江理工大學(xué)