[发明专利]基于半波片的滚转角外差干涉测量装置及测量方法

说明书

本发明提供了一种基于半波片的滚转角外差干涉测量装置及测量方法，其中，基于半波片的滚转角外差的干涉测量装置包括能产生频率稳定、空间平行、偏振态相同的两束线偏振光的双频激光源及出射光路中的第一分光棱镜，在第一分光棱镜的透射光路上依次设置有第一1/4波片和第一反射镜，在第一分光棱镜的反射光路中依次设置有第二反射镜、光路交换器和第二1/4波片，经第二分光棱镜形成的两个测量光束通过半波片后经角锥棱镜反射再次经过1/2波片，经第一和第二检偏器后分别由第一和第二光电探测器接收，经相位计输出后送往计算机处理。本发明提高了滚转角的测量分辨率且保证了测量系统的抗干扰性能。

技术领域

本发明属于光学测量领域，具体涉及一种基于半波片的滚转角外差干涉测量装置及测量方法。

背景技术

滚转角是误差补偿中的一个重要参数。尤其对于垂直面内的滚转角，其误差方向与测量光束方向垂直，很难引入光程差，使得滚转角的测量相对困难。

当前，国内外对滚转角的测量方法主要有基于位置探测的准直激光法、基于相位的激光干涉法和以偏振方向为基准的光强变化法或相位检测法。

其中，准直激光法中滚转角误差一般与其他角度误差混叠，精度受限于其他角度误差的测量精度；激光干涉法一般利用一个楔形棱镜实现滚转角与光程差的转化，测量精度相对高而应用较广，但较易受到干涉仪中非线性误差的影响；基于偏振方向的相位检测最早可追溯到1974年前苏联考伦凯维奇提出的基于左右旋圆偏振光实现滚转角测量。公开号为CN1335483A的专利在此基础上，利用半波片使得灵敏度在非线性增强的基础上再提高4倍。以此为基础，公开号CN104180776A的专利利用两组平面反射镜阵列的反射作用让测量光多次来回经过半波片来提高测量分辨率，但采用此方法时，实施过程中对测量系统的调试安装要求较高；而公开号CN10544698A的专利，则利用两个互相垂直但倾斜安装的高反射镜对偏振光束反射时的偏振调制作用来进一步增大测量系统的放大倍数，但此系统对高反射镜的安装要求高，同时测量时的近似线性区域很窄。

发明内容

本发明是针对上述问题而进行的，目的在于提供一种能够提高滚转角的测量灵敏度且提高系统抗干扰性能的一种基于半波片的滚转角外差干涉测量装置及测量方法。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供了一种基于半波片的滚转角外差干涉测量装置，具有这样的特征，包括：双频激光源；第一分光棱镜，位于双频激光源的出射光光路上；第一1/4波片和第一反射镜，依次设置在第一分光棱镜的透射光路上；第二反射镜、光交换器以及第二1/4波片，依次设置在第一分光棱镜的反射光路上；第二分光棱镜，设置在第一反射镜和第二反射镜的反射光路的光轴上；半波片和角锥棱镜，依次设置在第二分光棱镜的透射光路上；以及直角棱镜设置在角锥棱镜的反射光路上，第一检偏器、第一光电探测器和第二检偏器以及第二光电探测器，设置在直角棱镜的反射光路上，第一光电探测器和第二光电探测器的输出端与相位计输入端连接，相位计的输出端与计算机相连。

在本发明提供的基于半波片的滚转角外差干涉测量装置中，还可以具有这样的特征：其中，双频激光源发射f₁光束和f₂光束，f₁光束的频率为f₁,f₂光束的频率为f₂，f₁光束和f₂光束空间平行且偏振态相同，均为线偏振光。

在本发明提供的基于半波片的滚转角外差干涉测量装置中，还可以具有这样的特征：其中，第一1/4波片和第二1/4波片的方位角分别为θ₁和θ₂，且θ₂＝-θ₁。

在本发明提供的基于半波片的滚转角外差干涉测量装置中，还可以具有这样的特征：其中，半波片作为滚转角传感器件随被测件一起运动，从而产生滚转角。