激光测角干涉仪角位移信息传输特性及侧量动态范围研究

　　本文讨论了激光角度测量干涉仪的角位移信息传输特性、导出其解析衣达式并进行了计算机模拟计算。最后、文章研究了干涉仪的测量动态范围。

　　在激光测角干涉仪的工作过程中，相干光束的结构特性直接影响着光电，{言一号调制度的稳定。因此，详细了解干涉仪中相干光束结构对信号输出的影响对于实现精密角度测量是十分必要的。为便于讨论，我们假定激光测角干涉仪中的相干光为严格的高斯光束，在此基础上忽略误差小量，推导出干涉仪角位移信息输出特性的一般解析式。最后就干涉仪的另一项重要指标—测量动态范围进行分析。

　　一、原理

　　图1为所研制的四重程激光测角干涉仪结构示图。其角度测量原理亦即一般的迈克尔逊激光干涉测长原理。该干涉仪由两主要部分组成:正弦尺部分和固定组，前者与一精密机械转轴相联，为动态部件。

　　干涉仪两组相干光形成:来自扩束系统的He一Ne激光束在分光膜的上半部入射而形成两束，该两束光分经干涉仪诸棱镜反射后分别与原光束相反的方向投射在分光膜的下半部，每束光经分光膜后各又分为两束，出射方向相同的光束两两相干而产生干涉条纹。每两相干光千涉场中置一光电接收器件记录条纹移动数目。当正弦尺相对固定组有角位移0时，有测量方程:

其中                                 

　　λ—使用的激光波长(这里入二632 . 8nm ) ;

　　d—正弦尺等效弦长;

　　m—光电可逆计数所记录的有效计数。

　　以上测量过程可描述为:传输介质一相千激光束首先实现光程拢动至位相扰动的转换(表现为干涉场光强的起伏)，其后由光电器件将光强起伏转换为随之变化的脉动电流信号，电流信号经电子线路放大、整形后，以记数脉冲形式输入可逆计数器。显然前两个过程是整个系统稳定和正常工作的基础，直接取决于传输介质的本身结构特性及光电接口形式。本文对这两个间题进行了较详细的研究。

　　二、高斯光束中角位移信息的传输

　　干涉仪的两高斯光束在干涉场相遇产生干涉，其中为参考光束。由(1)式可知测量光束波前在干涉场处相对的程差。因此，测角干涉仪理想的角位移信息传输应是两相千光波程差的正确传递。事实上，由于激光波前并非理想的平面波，加之机械轴的微量跳动及参考、测量光束的不等光程等因素，将给测量带来误差，其中之一便是输出信号调制度的改变。以下从激光束的高斯传输特性着手，推导相对严格的激光干涉测角仪信息输出解析式。