[发明专利]一种提高测量旋转体角速度干涉条纹衬比度的光学系统

权利要求书

1.一种提高测量旋转体角速度干涉条纹衬比度的光学系统，包括激光光源(1)、第一偏振分束镜(4)、第二偏振分束镜(8)、分光棱镜(7)、光电探测器和被测旋转物体(11)，激光光源用于产生线偏振激光；激光光源与第一偏振分束镜之间设置有半波片(3)，激光光源发出的激光经半波片旋转偏振方向后，照射于第一偏振分束镜(4)上，第一偏振分束镜的反射光和透射光分别作为信号光和参考光；其特征在于：所述第一偏振分束镜与第二偏振分束镜之间设置有螺旋相位片(6)，第二偏振分束镜(8)与待测旋转物体(11)之间设置有四分之一波片(9)；第一偏振分束镜反射的信号光经螺旋相位片转换为线偏振涡旋光，涡旋光入射于第二偏振分束镜(8)上；第二偏振分束镜实现对入射的涡旋光的全反射，第二偏振分束镜反射的涡旋信号光经四分之一波片(9)后照射于待测旋转物体(11)上，旋转物体反射的信号光再次经过四分之一波片后，偏振方向相对于初始涡旋光发生90°旋转；

偏振方向发生90°旋转的信号光照射于第二偏振分束镜(8)上发生透射，透射的信号光照射于分光棱镜(7)上，第一偏振分束镜透射形成的参考光照射于分光棱镜上；信号光与参考光经第二分光棱镜的反射和透射发生光外差干涉，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所述的提高测量旋转体角速度干涉条纹衬比度的光学系统，其特征在于：激光光源(1)与半波片(3)之间设置有扩束镜(2)，激光光源(1)发出的线偏振激光经扩束镜的扩束后照射于第一偏振分束镜(4)上。

3.根据权利要求1或2所述的提高测量旋转体角速度干涉条纹衬比度的光学系统，其特征在于：第一偏振分束镜(4)与分光棱镜(7)之间设置有第一全反射镜(5)，四分之一波片(9)与待测旋转物体(11)之间设置有第二全反射镜(10)；第一偏振分束镜透射形成的参考光经第一全反射镜的反射后照射于分光棱镜(7)上，四分之一波片透过的涡旋光和待测旋转物体(11)反射的涡旋光均经第二全反射镜(10)进行反射。

4.根据权利要求1或2所述的提高测量旋转体角速度干涉条纹衬比度的光学系统，其特征在于：所述光电探测器包括第一光电探测器(14)和第二光电探测器(15)，信号光经分光棱镜(7)的透射光与参考光经分光棱镜的反射光相干涉，再经第一会聚透镜(12)的会聚后照射于第一光电探测器(14)上；信号光经分光棱镜的反射光与参考光经分光棱镜的透射光相干涉，再经第二会聚透镜(13)的会聚后照射于第二光电探测器(15)上。

5.根据权利要求4所述的提高测量旋转体角速度干涉条纹衬比度的光学系统，其特征在于：设螺旋相位片(6)的角量子数为l，通过第一光电探测器(14)和第二光电探测器(15)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。