[发明专利]空间角度测量系统及增大接收信号光束范围的方法

权利要求书

1.空间角度测量系统，其特征在于：包括第一偏振光发生单元(1)、第一偏振光接收及测量单元(2)和双旋转斜方棱镜单元(3)，双旋转斜方棱镜单元(3)位于第一偏振光发生单元(1)和第一偏振光接收及测量单元(2)之间；所述第一偏振光发生单元(1)用于发出线偏振光；所述双旋转斜方棱镜单元(3)用于调整线偏振光光束传播方向以增大接收面积并保证线偏振光垂直入射进第一偏振光接收及测量单元(2)；所述第一偏振光接收及测量单元(2)用于接收垂直入射的线偏振光；

所述第一偏振光发生单元(1)包括第一光源(11)、第一扩束镜(12)和第一起偏器(13)；所述第一光源(11)用于发出光束，第一扩束镜(12)和第一起偏器(13)设置在第一光源(11)的光束出射方向上，其中，第一扩束镜(12)位于第一光源(11)和第一起偏器(13)之间；所述第一扩束镜(12)用于将第一光源(11)出射的光束调整为准直光束，平行出射；所述第一起偏器(13)用于将准直光束转化为振动方向携带方位角度信息的线偏振光；

所述双旋转斜方棱镜单元(3)包括第一斜方棱镜(31)和第二斜方棱镜(32)，第一斜方棱镜(31)上设置有第一旋转轴(311)，第二斜方棱镜(32)上设置有第二旋转轴(321)；所述第一斜方棱镜(31)上设置有第一入光孔(312)和第一出光孔(313)；所述第二斜方棱镜(32)上设置有第二入光孔(322)和第二出光孔(323)；其中，第一入光孔(312)处于第一偏振光发生单元(1)发出线偏振光的光束方向上，第一出光孔(313)的中轴线L₁与第二入光孔(322)的中轴线L₂重合；

所述第一偏振光接收及测量单元(2)包括第一检偏器(21)和第一信号接收及处理电路(22)；第一检偏器(21)上设置有第三入光孔(211)；

第二出光孔(323)的中轴线L₄与第三入光孔(211)的中轴线L₅重合；

所述第一旋转轴(311)的中轴线L₃、第一出光孔(313)的中轴线L₁与第二入光孔(322)的中轴线L₂三者重合；所述第二旋转轴(321)的中轴线L₆、第二出光孔(323)的中轴线L₄与第三入光孔(211)的中轴线L₅三者重合；

所述第一斜方棱镜(31)有两个反射面，分别是第一反射面(314)和第二反射面(315)；所述第二斜方棱镜(32)有两个反射面，分别是第三反射面(324)和第四反射面(325)；第一反射面(314)用于接收第一偏振光发生单元(1)发出的线偏振光，并将线偏振光反射给第二反射面(315)，反射角α₁为90°；第二反射面(315)用于将线偏振光反射给第三反射面(324)，反射角α₂为90°；第三反射面(324)用于将线偏振光反射给第四反射面(325)，反射角α₃为90°；第四反射面(325)用于将线偏振光反射给第一检偏器(21)的第三入光孔(211)，反射角α₄为90°；

所述第一反射面(314)上镀有半透半反膜，第一反射面(314)的下方设置有光电探测器(4)。

2.一种利用权利要求1所述空间角度测量系统来增大接收信号光束范围的方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1，

第一光源(11)发出光束，光束穿过第一扩束镜(12)，第一扩束镜(12)将光束调整为准直光束，准直的光束再穿过第一起偏器(13)，第一起偏器(13)将准直光束转化为振动方向携带方位角度信息的线偏振光；

步骤2，

将第一偏振光接收及测量单元(2)与双旋转斜方棱镜单元(3)放置于第一偏振光发生单元(1)的下方；其中，第一斜方棱镜(31)的第一入光孔(312)朝向第一偏振光发生单元(1)发出的线偏振光方向；

步骤3，

控制器控制第一斜方棱镜(31)围绕着第一旋转轴(311)旋转，并控制第二斜方棱镜(32)围绕着第二旋转轴(321)旋转；通过第一斜方棱镜(31)和第二斜方棱镜(32)的旋转使第一斜方棱镜(31)的第一入光孔(312)能够接收到第一偏振光发生单元(1)发出的线偏振光，线偏振光入射至第一反射面(314)后，再透射过镀有半透半反膜的第一反射面(314)，使位于第一反射面(314)下方的光电探测器(4)接收到光信号；

步骤4，

根据光电探测器(4)能够接收到的光信号作为判定旋转到位的依据，旋转到位后，双旋转斜方棱镜单元(3)中的第一斜方棱镜(31)和第二斜方棱镜(32)结束旋转；

步骤5，

第一斜方棱镜(31)和第二斜方棱镜(32)的结束旋转后，第一偏振光发生单元(1)发出的线偏振光通过第一入光孔(312)照射在第一反射面(314)上，第一反射面(314)将线偏振光反射给第二反射面(315)，反射角α₁为90°；第二反射面(315)将线偏振光反射给第三反射面(324)，反射角α₂为90°；第三反射面(324)将线偏振光反射给第四反射面(325)，反射角α₃为90°；第四反射面(325)再将线偏振光反射给第一检偏器(21)的第三入光孔(211)，反射角α₄为90°，这样线偏振光就垂直入射给第一检偏器(21)；

步骤6，

第一信号接收及处理电路(22)完成第一起偏器(13)与第一检偏器(21)之间晶体光轴夹角的测量，并根据双旋转斜方棱镜单元(3)中的第一斜方棱镜(31)和第二斜方棱镜(32)旋转结束后分别所处的方位，第一信号接收及处理电路(22)完成线偏振光经第一反射面(314)、第二反射面(315)、第三反射面(324)和第四反射面(325)总共四次反射所导致的线偏振光振动方向变化的角度修正；

设第一斜方棱镜(31)和第二斜方棱镜(32)的长度分别a和b，则第一偏振光接收及测量单元(2)在接收偏振光发生单元(1)发出的线偏振光的方向上，通过双旋转斜方棱镜单元(3)中第一斜方棱镜(31)和第二斜方棱镜(32)的旋转拓展偏振光接收及测量单元(2)接收偏振光发生单元(1)发出的信号光束的范围为：

S＝πr²＝π(a+b)²

上式中r为第一偏振光接收及测量单元(2)接收第一偏振光发生单元(1)发出的信号光束的拓展接收半径。