[发明专利]一种四光束结构激光外差干涉滚转角测量装置及方法

权利要求书

1.一种四光束结构激光外差干涉滚转角测量方法，其特征在于，包括单频激光器(1)，单频激光器(1)的出射光路上设置有消偏振分光棱镜(2)，消偏振分光棱镜(2)的反射光轴依次经第一反射镜(3)、第一声光调制器(4)、第一偏振分光棱镜(7)、第一直角棱镜(8)和第一四分之一波片(11)后与分光棱镜(13)连接；消偏振分光棱镜(2)的透射光轴依次经第二声光调制器(5)、第二反射镜(6)、第二偏振分光棱镜(9)、第二直角棱镜(10)、第二四分之一波片(12)后与分光棱镜(13)连接；分光棱镜(13)的出射面方向依次设置有二分之一波片(14)、反射器(15)、两个偏振片、第一光电探测器(18a)和第二光电探测器(18b)、相位计(19)和计算机(20)；具体测量步骤如下：

S1、单频激光器(1)发出的光束经过消偏振分光棱镜(2)后，被分成透射光和反射光，反射光经第一反射镜(3)反射后经第一声光调制器(4)产生第一衍射光；第一衍射光经第一偏振分光棱镜(7)和第一直角棱镜(8)后分为光束一和光束二；透射光经过第二声光调制器(5)产生第二衍射光经第二反射镜(6)反射；经第二偏振分光棱镜(9)和第二直角棱镜(10)分为光束三和光束四；光束一和光束二经第一四分之一波片(11)进入分光棱镜(13)，光束三和光束四经第二四分之一波片(12)分光棱镜(13)；

S2、光束一和光束三经过分光棱镜(13)合成为测量光A，光束二和光束四经分光棱镜(13)合成为测量光B；测量光A和测量光B透过固定在被测物体上的二分之一波片(14)，然后由反射器(15)反射平行返回，再次通过二分之一波片(14)后，测量光A和测量光B分别经过第一偏振片(16)和第二偏振片(17)形成拍频光，再分别被第一光电探测器(18a)和第二光电探测器(18b)接收；

S3、第一光电探测器(18a)和第二光电探测器(18b)将接收的信号输入到相位计(19)进行鉴相，最后将数据传递给计算机(20)，计算机(20)根据两信号相位差的变化量与滚转角计算出二分之一波片(14)所固定物体的滚转角Δα。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，滚转角Δα的测量计算公式为：

G＝16cotθ

其中，Δψ为测量光A和测量光B的相位差变化量，G为测量系统的放大倍数，θ为第一四分之一波片快轴方向与光束三偏振方向的夹角。

3.一种利用权利要求1所述方法的四光束结构激光外差干涉滚转角测量装置，其特征在于，单频激光器(1)的出射光路上设置有消偏振分光棱镜(2)；消偏振分光棱镜(2)的反射光轴和透射光轴分别经声光调制器、偏振分光棱镜与直角棱镜连接形成两组衍射光，两组衍射光分别经一个四分之一波片后与分光棱镜(13)连接形成两束测量光，分光棱镜(13)的两个出射面方向分别经光电探测器后与相位计(19)连接，通过相位计(19)与计算机(20)连接。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，消偏振分光棱镜(2)的反射光轴上依次设置有第一反射镜(3)和第一声光调制器(4)，第一声光调制器(4)出射的第一衍射光光轴上设置有第一偏振分光棱镜(7)；第一偏振分光棱镜(7)的第一出射面与第一直角棱镜(8)的第一直角面连接，第一偏振分光棱镜(7)的第二出射面的方向与第一直角棱镜(8)的第二直角面的方向相同；第一衍射光通过第一偏振分光棱镜(7)和第一直角棱镜(8)分为光束一和光束二；第一偏振分光棱镜(7)的第二出射面与第一直角棱镜(8)的第二直角面的出射方向设置有第一四分之一波片(11)，光束一和光束二经第一四分之一波片(11)后在分光棱镜(13)的第一入射面进入。