[发明专利]用双波长激光进行外差干涉测量绝对距离系统

说明书

本发明涉及一种用双波长激光进行外差干涉测量绝对距离的系统，属精密测量技术领域。

激光干涉仪由于其测量精度高、稳定性好、性能可靠被广泛用于生产实践，以美国HP公司为代表的双频激光测量系统是目前最常用的激光测量系统。但是这种激光测量系统在进行长度测量时，必须借助一条沿测量方向的导轨来完成，为此使得激光干涉仪在一些场合下应用受到了限制。为了解决上述问题，人们开始致力于绝对距离测量干涉仪的研究。绝对距离干涉仪的最大特点就是在测量两点间距离时无需用任何导轨。

绝对距离测量干涉仪是以小数重合理论为基础的。设有两个波长分别为λ₁、λ₂的光束，通过迈克尔逊干涉仪的作用，就形成了一个合成波长为λ_s的空间合成波。若这时迈克尔逊干涉仪两臂的光程差为L，那么，它可以表达成下面的式子：

L＝（m+e）· (λ_s)/2 （1）

其中m是合成波长的整数级次，e是合成波长的小数级次，λ_s是合成波长，而且有：

λ₂= ｜ (λ₁λ₂)/(λ₁- λ₂) ｜（2）

通过理论分析，如果被测长度可以以一个△表示的精度预先估计时，那么只要这个△满足这样一个数值，m就可以唯一确定：

即：

△＜ (λ_S)/4 （3）

这样只要用合适的方法初测出L，通过拍波干涉仪测量出（1）式的小数级次e，那么被测长度L，就唯一地被确定。

目前已有许多运用该原理进行绝对距离测量的方法：例如利用CO₂激光器，He-Xe、激光器以及He-Ne3.39μm波段激光器实现绝对距离测量。中国计量科学院则采用了横向塞曼分裂633纳米He-Ne激光器，利用拍波法测量出合成波长的小数级次实现绝对距离测量。所谓拍波法就是将激光发出的两个波长的波，入射到拍波干涉仪中，那么在拍波干涉仪的输出端就获得一个两个波长的拍波-合成波，通过改变拍波干涉仪的参考臂的长度，找到合成波的拍波零点，这时，拍波干涉仪参考臂的长度改变值就是合成波长的小数级次。

由于拍波法是通过改变拍干涉仪的空间光程来实现小数级次测量的，因此，其测量时间长，在测量过程中易受外界环境变化的影响，而且用该种方法构成的干涉测量系统结构复杂。

本发明提出了一种新型的绝对距离外差干涉仪，它利用具有两波长可以分离的激光光源，用声光调制器实现光学外差干涉，直接测量出合成波长的小数级次。因此，具有测量时间短，测量精度高，不易受环境的影响，抗干扰能力强，而且干涉仪结构简单。

本发明的内容是：用双波长激光进行外差干涉测量绝对距离系统，该系统是从激光头发出的两束偏振方向相互垂直的线偏振光经过声光调制后被衍射，该衍射光通过扩束镜后被扩束准直，经声光调制器衍射后的零级光作为测量光束入射到测量靶镜，经测量靶镜反射后入射到分光镜上，经声光调制器衍射后的+1级光作为参考光，经反射镜反射后入射到上述分光镜上，并与上述参考光汇合形成外差干涉;从分光镜上出射的两束光，一束光通过一具有偏振选择光电接收系统后获得一个波长λ₁的外差干涉信号，另一束光通过另一具有偏振选择光电接收系统后，获得波长为λ₂的外差干涉信号，这二个外差干涉信号进入信号处理单元，即可获得被测距距离值。

附图说明：

图1是本发明的测距系统框图。

图2是本发明中信号处理单元原理框图。

下面结合附图，详细介绍本发明的内容。

如图1所示，从激光头1发出的光是稳频的，而且是偏振方向相互垂直的两线偏振光，这两光经过声光调制器2后被衍射，在通过扩束镜3扩束准直。经声光调制器2衍射后的零级光作为测量光束入射到测量靶镜4，靶镜4是一个四面体棱镜，靶镜4反射回来的光入射到分光镜5上;经声光调制器2衍射后的+1级光作为参考光，它经过反射镜6反射后入射到分光镜5上，与测量光束汇合形成外差干涉。从分光镜5上出射两束光，一束光通过具有偏振选择光电接收系统7后，获得一个波长λ₁的外差干涉信号;另一束光则通过具有偏振选择光电接收系统8后，获得波长为λ₂光波的外差干涉信号，这两个信号可以用下列两式表示：