[发明专利]一种用于角度测量无非线性误差的激光外差干涉系统

摘要

本发明公开了一种用于角度测量无非线性误差的激光外差干涉系统，包括单频激光源、声光频移单元、光干涉装置、随被测件运动的平面反射镜以及相位检测装置。其中，单频激光源结合声光频移单元可产生无频率混叠、具有一定频差、空间分离的入射光束，入射光束在光干涉装置的作用下，两次被平面镜反射，最后输入到相位检测装置，以相位差的变化量确定被测件的偏摆角。具有一定频差的测量光束从声光频移单元产生到干涉前，传输路径分开，空间独立。本发明避免了干涉光路中两种频率的偏振光不能完全分开导致的周期性非线性误差的产生，从而有效提高测量精度。本发明可广泛用于数控机床、军工及航天等领域的几何量精密测量。

主权项

1.一种用于角度测量无非线性误差的激光外差干涉系统，由单频激光源、声光频移单元、光干涉装置、平面反射镜以及相位检测装置组成；其特征在于：所述单频激光源提供稳定的单一频率线偏振光；所述声光频移单元包括：分光镜、两个声光频移器、第一直角棱镜、第二直角棱镜、第三直角棱镜；所述声光频移器用于调整偏振分量光的频率，所述直角棱镜用于调整光束的传输方向，使所述光束与另一光束传输方向平行；所述光干涉装置包括：第一偏振分光镜、第二偏振分光镜、角锥棱角、第四直角棱镜、四分之一波片；偏振分光镜用于对光束进行分光，四分之一波片用于改变线偏振光的偏振态，将所述平面反射镜固定于被测件，作为偏摆传感器；所述相位检测装置包括：两个检偏器，两个光电检测器，相位计；其中：检偏器用于混合一个光路中偏振态正交的两个光束，并产生新的干涉测量光束；相位计用于接收电测量信号，经过比相处理、计算，输出被测件的偏摆角；具体光路连接如下：①将所述单频激光源产生的第一光束入射到所述声光频移单元；②声光频移单元的分光镜对第一光束进行分光，产生两个偏振分量光分别作为所述声光频移器的输入光束；其中第一声光频移器用于调整一个偏振分量光的频率，输出光束为第二光束，第二声光频移器用于调整另一个偏振分量光的频率，输出光束为第三光束；所述第一直角棱镜、第二直角棱镜和第三直角棱镜用于调整所述第二光束的传输方向，使所述第二光束和第三光束传输方向平行；结果产生具有不定频率差、偏振态相同、空间平行的第二光束和第三光束；③所述第一偏振分光镜对所述第二光束进行分光，其中s分量光经所述第一偏振分光镜的一面出射，经所述角锥棱角及第一偏振分光镜再次反射后成为第四光束；其中p分量经所述第一偏振分光镜的另一面出射，经第二偏振分光镜透射后，经过所述四分之一波片入射至所述平面反射镜，成为第五光束，所述第五光束经所述平面反射镜反射后返回并再次经过所述四分之一波片；由于两次通过所述四分之一波片，p分量光改变偏振态为s偏振态，并经所述第二偏振分光镜反射至所述第四直角棱镜，反射后再次由所述第二偏振分光镜反射，经所述四分之一波片入射至所述平面反射镜，为第六光束，所述第六光束从所述平面反射镜返回再次经过四分之一波片后改变偏振态，从所述第二偏振分光镜透射，并经第一偏振分光镜透射后成为第七光束；所述第一偏振分光镜也对所述第三光束进行分光，其中s分量光经所述第一偏振分光镜出射，经所述角锥棱角及第一偏振分光镜再次反射后成为第八光束；其中p分量从所述第一偏振分光镜出射，经第二偏振分光镜透射后经过所述四分之一波片，入射至所述平面反射镜，成为第九光束，所述第九光束经所述平面反射镜反射后返回并再次经过所述四分之一波片，由于两次通过所述四分之一波片，p分量光改变偏振态为s偏振态，并经所述第二偏振分光镜反射至所述第四直角棱镜，反射后再次由所述第二偏振分光镜反射，经所述四分之一波片入射至所述平面反射镜，成为第十光束，所述第十光束从所述平面反射镜返回再次经过四分之一波片后改变偏振态，从第二偏振分光镜透射，并经第一偏振分光镜透射后成为第十一光束；④第一检偏器，用于混合偏振态正交的第四光束和第十一光束产生第一干涉光束；第二检偏器，用于混合偏振态正交的第七光束和第八光束产生第二干涉光束；第一光电检测器接收所述第一干涉光束产生第一电测量信号；第二光电检测器接收所述第二干涉光束产生第二电测量信号；相位计，接收第一电测量信号和第二电测量信号，经过比相处理计算输出被测件的偏摆角。