[发明专利]一种用于角速度测量的光学系统

权利要求书

1.一种用于角速度测量的光学系统，包括激光光源(1)、第一分光棱镜(5)、偏振分束镜(9)、第二分光棱镜(14)、螺旋相位片(8)和四分之一波片(10)，激光光源与第一分光棱镜之间设置有第一半波片(4)，激光光源用于产生线偏振激光，激光光源产生的激光经第一半波片旋转偏振方向后照射于第一分光棱镜上，经第一分光棱镜后的透射光和反射光分别形成信号光和参考光；其特征在于：第一分光棱镜与螺旋相位片之间设置有第二半波片(6)，第一分光棱镜与偏振分束镜之间设置有第一偏振片(12)，偏振分束镜与第二分光棱镜之间设置有第二偏振片(13)；第一分光棱镜透射的信号光经第二半波片旋转偏振方向后照射于螺旋相位片(8)上，螺旋相位片将信号光转化为角量子数为l的涡旋光；螺旋相位片转化的涡旋光照射于偏振分束镜(9)上，偏振分束镜使照射于其上的涡旋光完全透射，完全透射的涡旋光经四分之一波片后垂直照射于待测旋转体(11)上，涡旋光经待测旋转体反射再次经过四分之一波片，其偏振方向相对于初始涡旋光发生90°旋转，旋转后的涡旋光照射于偏振分束镜(9)被全反射；

第一分光棱镜(5)反射形成的参考光经第一偏振片(12)改变偏振方向，并被调整光强后，照射于偏振分束镜(9)上，照射于偏振分束镜上的参考光被透射；偏振分束镜完全透射的参考光与偏振分束镜完全反射的涡旋信号光汇成一路光束，汇成一路光束的信号光与参考光经第二偏振片(13)后偏振方向相同，并发生光外差干涉，发生干涉的光束照射于第二分光棱镜上，光电探测器用于检测信号光与参考光的差频信号。

2.根据权利要求1所述的用于角速度测量的光学系统，其特征在于：所述激光光源(1)至第一半波片(4)之间依次设置有全反射镜(2)和扩束镜(3)，激光光源发出的线偏振激光经全反射镜反射后照射于扩束镜(3)上，扩束镜实现对激光的扩束；第二半波片(6)与螺旋相位片(8)之间设置有直角棱镜(7)，从直角棱镜入射和出射的信号光，传播方向相反，且严格平行。

3.根据权利要求1或2所述的用于角速度测量的光学系统，其特征在于：所述光电探测器包括第一光电探测器(17)和第二光电探测器(18)，信号光与参考光经第二偏振片(13)转化为相同的偏振方向并发生干涉，发生干涉的光束照射于第二分光棱镜(14)上的透射光，经第一会聚透镜(15)的会聚后照射于第一光电探测器(17)上，第二分光棱镜的反射光经第二会聚透镜(16)的会聚后照射于第二光电探测器(18)上。

4.根据权利要求1或2所述的用于角速度测量的光学系统，其特征在于：所述第一半波片(4)、第二半波片(6)、第一偏振片(12)和第二偏振片(13)均可转动调节。

5.根据权利要求3所述的用于角速度测量的光学系统，其特征在于：设螺旋相位片的角量子数为l，通过第一光电探测器(17)和第二光电探测器(18)滤除随机噪声后获得的差频信号为Δf,则满足：

由公式(1)可得：

其中，l为螺旋相位片的角量子数，Δf为探测器测得的差频信号频率。