[发明专利]一种高容差的二自由度外差光栅干涉测量方法及系统

权利要求书

1.一种高容差的二自由度外差光栅干涉测量系统，包括分别调制的外差激光光源模块（1）、光学干涉镜组（2）、被测光栅（3）、光电探测器和信号处理模块（4），其特征在于：由单频激光器（11）发出一固定频率的空间光束，经耦合器（12）耦合进入保偏光纤，由1×2分束器（13）分为第一光束和第二光束，经过光纤法兰盘（14a）和光纤法兰盘（14b）分别进入不同调制频率的光纤声光移频器（15a）和光纤声光移频器（15b），经调制，第一光束为第一频率，第二光束为第二频率，经过光纤法兰盘（16a）和光纤法兰盘（16b）进入保偏光纤（21a）和保偏光纤（21b），由带有偏振片的光纤准直器（22a）和光纤准直器（22b）调整为椭圆偏振或圆偏振的准直空间光束，命名为第一入射光束（51a）和第二入射光束（51b），进入干涉镜组（23）；首先由入射光束反射棱镜（231a）和入射光束反射棱镜（231b）转换为垂直光栅平面方向，经过中心分光镜组（232）的偏振分光面，分为第一反射光束（52a）、第二反射光束（52b）和第一透射光束（54a）、第二透射光束（54b），两束反射光束（52a）和（52b）经过后向反射器（233）产生交叉偏移，得到第一参考光束（53a）和第二参考光束（53b），另一方面，透射光束垂直入射光栅（3）发生第一次衍射，选取第一透射光束衍射光（55a）和第二透射光束衍射光（55b），并经过后向反射器（234a）和后向反射器（234b）的各个相关表面折射、反射得到产生偏移的第一回射光束（56a）和第二回射光束（56b），再次经过折射面后斜入射光栅（3），发生第二次衍射，产生平行于第一透射光束的第一束二次衍射光束（57a）和平行于第二透射光束的第二束二次衍射光束（57b），并再次进入中心分光棱镜（232），经过中心分光棱镜的非偏振分光平面分光，其反射光束（58a）和反射光束（58b）入射平行光合光镜组（235），产生第一干涉光束（61）；其透射光束命名为第一测量光束（59a）和第二测量光束（59b）并再次经过中心分光棱镜的偏振分光平面，此处，第二测量光束（59b）和第一参考光束（53a）、第一测量光束（59a）和第二参考光束（53b）汇合，分别产生第二干涉光束（62）和第三干涉光束（63），经过干涉光束反射棱镜（236a）和干涉光束反射棱镜（236b）调整为平行光栅的方向出射；至此，干涉光束（61）、干涉光束（62）和干涉光束（63）分别进入带有检偏器的光纤耦合器（24a）、光纤耦合器（24b）和光纤耦合器（24c）产生干涉并对应耦合进入多模光纤（25a）、多模光纤（25b）、多模光纤（25c），经多模光纤传输进入包含会聚形式光纤准直器的笼式结构（41a）、笼式结构（41b）和笼式结构（41c），使光束分别聚焦在光电探测器（42a）、光电探测器（42b）、光电探测器（42c）的感光平面上进行采集和放大，再经过导线传输至信号处理板卡（43）进行位移解算，得到被测光栅的水平位移和垂直位移信息。

2.根据权利要求1所述的高容差的二自由度外差光栅干涉测量系统，所述第一透射光束衍射光（55a）和第二透射光束衍射光（55b）的具体级次可以选择为：第一透射光束的+1级衍射光和第二透射光束的-1级衍射光，或选择为：第一透射光束的-1级衍射光和第二透射光束的+1级衍射光。

3.根据权利要求1所述的高容差的二自由度外差光栅干涉测量系统，所述分别调制的外差激光光源模块（1）中单频激光束的分光部分可以利用光纤分束器或空间光分光棱镜实现；其频率调制部分可以由光纤声光移频器或空间光声光移频器实现。

4.根据权利要求1所述的高容差的二自由度外差光栅干涉测量系统，所述入射光束反射棱镜（231a）、入射光束反射棱镜（231b）、干涉光束反射棱镜（236a）、干涉光束反射棱镜（236b）可以由反射棱镜或平面镜实现。

5.根据权利要求1所述的高容差的二自由度外差光栅干涉测量系统，所述中心分光镜组（232）可以由特制的包含偏振分光面和非偏振分光面的整体式分光棱镜，或分立的分光棱镜组合实现。

6.根据权利要求1所述的高容差的二自由度外差光栅干涉测量系统，所述参考光束的后向反射器结构（233）可以由角锥棱镜或会聚透镜与平面镜的组合的后向反射器结构实现。