[发明专利]可同时实现三维位移测量的激光测量装置及方法

权利要求书

1.可同时实现三维位移测量的激光测量装置，其特征在于：包括有稳频氦氖激光，稳频氦氖激光器出射光路的后方设置有第二偏振分光棱镜，且稳频氦氖激光器光出射端正对第二偏振分光棱镜后镜面的左侧，稳频氦氖激光器与第二偏振分光棱镜之间的稳频氦氖激光器出射光路的后方还依次设置有光隔离器、第一小孔光阑、第一偏振分光棱镜，第一偏振分光棱镜的后镜面紧贴设置有偏振片，第一偏振分光棱镜的前镜面紧贴设置有第一四分之一波片，第一偏振分光棱镜的左镜面紧贴设置有平凸透镜，第一偏振分光棱镜的左镜面外设置有对准平凸透镜的四象限探测器，所述第二偏振分光棱镜左镜面紧贴设置有第二四分之一波片，第二偏振分光棱镜前镜面左侧紧贴设置有第三四分之一波片，第二偏振分光棱镜前镜面右侧紧贴设置有第四四分之一波片，第二偏振分光棱镜右镜面前侧紧贴设置有第一直角棱镜，第二偏振分光棱镜后镜面右侧紧贴设置有第二直角棱镜，且第一、第二直角棱镜分别通过各自斜边面紧贴于第二偏振分光棱镜对应镜面上，第二偏振分光棱镜左镜面外设置有第一平面反射镜，第二偏振分光棱镜前镜面外设置有第二平面反射镜，且第一平面反射镜正对第二四分之一波片，第二平面发射镜正对第三四分之一波片和第四四分之一波片，还包括消偏振分光棱镜、第三偏振分光棱镜、第四偏振分光棱镜，所述消偏振分光棱镜的左镜面正对第二偏振分光棱镜的右镜面后侧，且消偏振分光棱镜的左镜面紧贴设置有第五四分之一波片，消偏振分光棱镜的左镜面与第二偏振分光棱镜之间还设置有第二小孔光阑，所述第三偏振分光棱镜通过其前镜面紧贴设置于消偏振分光棱镜的后镜面，第四偏振分光棱镜通过其左镜面紧贴设置于消偏振分光棱镜的右镜面，且第三偏振分光棱镜前镜面与消偏振分光棱镜后镜面之间设置有二分之一波片，第三偏振分光棱镜的右镜面外设置有第一光电二极管，第三偏振分光棱镜的后镜面外设置有第三光电二极管，第四偏振分光棱镜的右镜面外设置有第二光电二极管，第四偏振分光棱镜的前镜面外设置有第四光电二极管，且第一光电二极管、第三光电二极管分别正对第三偏振分光棱镜的右镜面、后镜面，第二光电二极管、第四光电二极管分别正对第四偏振分光棱镜的右镜面、前镜面。

2.根据权利要求1所述的可同时实现三维位移测量的激光测量装置，其特征在于：稳频氦氖激光器发出的光束，先经过光隔离器和第一小孔光阑后，再通过偏振片变为线偏振P光，偏振P光入射到第一偏振分光棱镜，再经过第一四分之一波片出射，此时线偏振P光变为椭圆偏光，椭圆偏光入射到第二偏振分光棱镜被分为P光和S光，P光与S光的光强比为2:1，以P光作为测量光束，S光作为偏振干涉测量线位移的参考光束，S光透过第二四分之一波片变为圆偏光后，在第一平面反射镜处反射再次经过第二四分之一波片，圆偏光变成P光，该P光经过第二偏振分光棱镜透射到第一直角棱镜，经第一直角棱镜两次反射后透过第二偏振分光棱镜和第二四分之一波片，并在第一平面反射镜反射，再透过第二四分之一波片，两次通过第二四分之一波片改变一次线偏光的偏振态，P光变为了S光，该S光再经过第二偏振分光棱镜反射到第二直角棱镜，光束经过第二直角棱镜两次反射，再次入射到第二偏振分光棱镜并反射后，透过第二四分之一波片变为圆偏光，并在第一平面反射镜反射，再次通过第二四分之一波片，偏振光变为P光，该P光最终透过第二偏振分光棱镜，出射到第二小孔光阑，此时的P光作为偏振干涉测量的参考光束；

通过第一四分之一波片产生的椭圆偏光，经过第二偏振分光棱镜透射所产生的P光，作为测量光束，入射到第三四分之一波片，椭圆偏光由第二平面反射镜被反射再次经过第三四分之一波片，变为45°线偏振光，入射到第二偏振分光棱镜被分成P光和S光，其中P光用于测量二维角位移的光束，光沿原路返回，经过第一四分之一波片和第一偏振分光棱镜，变为S光反射至平凸透镜并聚焦，由四象限光电探测器来接收检测光斑在两个方向上的偏移，偏移量的大小与反射回来的光束角度成线性关系，可用于测量二维角位移；由第二平面发射镜D点反射，经过第二偏振分光棱镜反射的S光用作偏振干涉测量线位移的测量光束，S光入射到第一直角棱镜并经两次反射，入射到第二偏振分光棱镜并反射，透过第四四分之一波片，之后S光变为圆偏光，在第二平面反射镜的E点反射再次通过第三四分之一波片，变为P光，该P光透射经过第二偏振分光棱镜，到第二直角棱镜两次反射，再次透过第二偏振分光棱镜，透过第四四分之一波片，在第二平面反射镜的F点反射，通过第四四分之一波片，其光偏振态发生一次变换，最后变为S光，由第二偏振分光棱镜反射，出射到第二小孔光阑，从干涉部分岀射的两路正交的线偏光P光和S光，通过第五四分之一波片，线偏光变为左、右旋的圆偏光，通过消偏振分光镜将其平分成两路光，其中一路光经过第四偏振分光棱镜形成两路相位差为180°的干涉信号，分别由第二光电二极管和第四光电二极管接收；另一路光经过二分之一波片改变圆偏光的旋向，再经过第三偏振分光棱镜也形成两路相位差为180°的干涉信号，分别由第一光电二极管和第三光电二极管接收，四路正交的干涉信号的相位差分别为90°，用来测量一维线位移。