[发明专利]抗光学混叠的双频激光光栅干涉三维测量方法及系统

摘要

抗光学混叠的双频激光光栅干涉三维测量方法及系统属于光栅测量技术；该系统包括激光器、光栅干涉镜组、光电探测与信号处理单元，激光器同时输出的两束频率不同、空间分开的激光平行入射到偏振分光镜，第一束经偏振分光镜反射后入射到参考光栅形成多个级次的多束参考衍射光束，第二束经偏振分光镜透射后入射到测量光栅形成多束测量衍射光束，参考衍射光束中的五束依次分别和测量衍射光束中的(0，0)级、(0，±1)级、(±1，0)级光束对应汇合形成光学拍频，经光电探测与信号处理得到测量光栅的三维相对运动信息；该方法和系统消除了传统偏振分光不完全引起的光学频率混叠、偏振态混叠及相应的周期非线性误差。

主权项

一种抗光学混叠的双频激光光栅干涉三维测量系统，包括可输出两束不同频率激光束的激光器(1)和偏振分光镜(4)，其中一束激光束经第一单模保偏光纤(2)传输至偏振分光镜(4)的入射端形成第一入射激光束(2‑1)，另一束激光束经第二单模保偏光纤(3)传输至偏振分光镜(4)的入射端形成第二入射激光束(3‑1)，其特征在于调整第一入射激光束(2‑1)的偏振态，使第一入射激光束(2‑1)在偏振分光镜(4)的分光膜面反射形成参考臂光束(2‑2)，在所述参考臂光束(2‑2)光路上依次配置参考臂四分之一波片(5)、参考臂折光元件(6)和参考光栅(7)，参考臂光束(2‑2)经过参考臂四分之一波片(5)和参考臂折光元件(6)射向参考光栅(7)，参考臂光束(2‑2)经参考光栅(7)衍射反射形成(0，0)级光束(2‑5)和高级次光束A(2‑3)、B(2‑4)、C(2‑6)、D(2‑7)，所述(0，0)级光束(2‑5)和高级次光束A(2‑3)、B(2‑4)、C(2‑6)、D(2‑7)经参考臂折光元件(6)后其光束方向调整为与参考臂光束(2‑2)平行并反向，(0，0)级光束(2‑5)和高级次光束A(2‑3)、B(2‑4)、C(2‑6)、D(2‑7)再经过参考臂四分之一波片(5)返回至偏振分光镜(4)，并透过分光膜，在透过分光膜的透射光路上依次配置光电探测器A(11)、光电探测器B(12)、光电探测器C(13)、光电探测器D(14)、光电探测器E(15)，所述高级次光束A(2‑3)射向光电探测器A(11)，(0，0)级光束(2‑5)射向光电探测器B(12)，高级次光束C(2‑6)射向光电探测器C(13)，高级次光束B(2‑4)射向光电探测器D(14)，高级次光束D(2‑7)射向光电探测器E(15)；调整第二入射激光束(3‑1)的偏振态，使第二入射激光束(3‑1)在偏振分光镜(4)的分光膜面透射形成测量臂光束(3‑2)，在所述测量臂光束(3‑2)光路上依次配置测量臂四分之一波片(8)、测量臂折光元件(9)和测量光栅(10)，测量臂光束(3‑2)经过测量臂四分之一波片(8)和测量臂折光元件(9)射向测量光栅(10)，测量臂光束(3‑2)经测量光栅(10)衍射反射形成测量光栅衍射反射(0，0)级光束(3‑5)和测量光栅衍射反射高级次光束A(3‑3)、B(3‑4)、C(3‑6)、D(3‑7)，所述测量光栅衍射反射(0，0)级光束(3‑5)和测量光栅衍射反射高级次光束A(3‑3)、B(3‑4)、C(3‑6)、D(3‑7)经测量臂折光元件(9)后其光束方向调整为与测量臂光束(3‑2)平行并反向，测量光栅衍射反射(0，0)级光束(3‑5)和测量光栅衍射反射高级次光束A(3‑3)、B(3‑4)、C(3‑6)、D(3‑7)再经过测量臂四分之一波片(8)返回至偏振分光镜(4)，经偏振分光镜(4)反射依次分别形成光束C(3‑10)、A(3‑8)、B(3‑9)、D(3‑11)、E(3‑12)，所述光束A(3‑8)与高级次光束A(2‑3)汇合射向光电探测器A(11)，光束B(3‑9)与(0，0)级光束(2‑5)汇合射向光电探测器B(12)，光束C(3‑10)与高级次光束C(2‑6)汇合射向光电探测器C(13)，光束D(3‑11)与高级次光束B(2‑4)汇合射向光电探测器D(14)，光束E(3‑12)与高级次光束D(2‑7)汇合射向光电探测器E(15)，所述光电探测器A、B、C、D、E(11、12、13、14、15)将拍频光信号转换为电信号由光纤或导线分别送到光电信号处理单元(16)完成处理。