[发明专利]实现位移和角度同步测量的双波长衍射干涉系统及方法

权利要求书

1.一种实现位移和角度同步测量的双波长衍射干涉系统，其特征在于，包括用光纤连接的第一光源(1)、第二光源(2)、第一光纤耦合器(3)、第二光纤耦合器(4)、第三光纤耦合器(5)、准直器(6)、隔离器(7)、光纤布拉格光栅(8)、第一光电探测器(9)和第二光电探测器(10)，信号采集与处理电路(11)以及空间布置的闪耀光栅(12)、参考反射镜(13)、准直透镜(14)和测量镜(15)；

第一光源(1)发出的波长为λ₁的第一光波和第二光源(2)发出的波长为λ₂的第二光波分别从第一光纤耦合器(3)的输入端进入，输出后依次通过第二光纤耦合器(4)和准直器(6)，到达闪耀光栅(12)，并在闪耀光栅(12)上发生衍射，零级衍射光投射到参考反射镜(13)上，经参考反光镜(13)反射后，沿原路返回闪耀光栅(12)；波长为λ₁的第一一级衍射光和波长为λ₂的第二一级衍射光分散出射到准直透镜(14)上，经准直透镜(14)两束一级衍射光间隔距离垂直投射到测量镜(15)上，测量镜(15)将两束一级衍射光反射，沿原路返回到闪耀光栅(12)上，与参考反射镜(13)反射回的零级衍射光在闪耀光栅(12)处发生干涉，形成波长为λ₁的第一干涉光和波长为λ₂的第二干涉光；第一干涉光和第二干涉光依次经准直器(6)、第二光纤耦合器(4)、隔离器(7)和第三光纤耦合器(5)进入光纤布拉格光栅(8)，其中第一干涉光通过光纤布拉格光栅(8)到达第一光电探测器(9)，第二干涉光经光纤布拉格光栅(8)反射后反向通过第三光纤耦合器(5)并进入第二光电探测器(10)。

2.根据权利要求1所述的实现位移和角度同步测量的双波长衍射干涉系统，其特征在于，所述第二光纤耦合器(4)和第三光纤耦合器(5)之间连接有隔离器(7)，用于阻断第二干涉光回流进入第二光纤耦合器(4)对干涉信号产生影响。

3.根据权利要求1所述的实现位移和角度同步测量的双波长衍射干涉系统，其特征在于，所述第一光电探测器(9)和第二光电探测器(10)分别连接信号采集与处理电路(11)，信号采集与处理电路(11)连接计算机。

4.一种利用权利要求1-3任一项所述的双波长衍射干涉系统的实现位移和角度同步测量的双波长衍射干涉方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一光源(1)发出的波长为λ₁的第一光波经第一光纤耦合器(3)、第二光纤耦合器(4)、准直器(6)到达闪耀光栅(12)后分为第一零级衍射光和第一一级衍射光，第一零级衍射光入射到参考反射镜(13)，后经反射沿原路返回，第一一级衍射光经准直透镜(14)入射到测量镜(15)，后经反射沿原路返回，两束返回光束在闪耀光栅(12)上相遇并产生第一干涉光，第一干涉光被准直器(6)接收后，依次通过第二光纤耦合器(4)、隔离器(7)、第三光纤耦合器(5)、光纤布拉格光栅(8)后被第一光电探测器(9)接收；

第一光电探测器(9)检测第一干涉光的光强变化，经信号采集与处理电路(11)转换为电脉冲信号，通过电脉冲计数和相位检测技术，计算测量镜(15)沿第一一级衍射光入射方向的位移量；

第二光源(2)发出的波长为λ₂的第二光波经第一光纤耦合器(3)、第二光纤耦合器(4)、准直器(6)到达闪耀光栅(12)后分为第二零级衍射光和第二一级衍射光，第二零级衍射光入射到参考反射镜(13)，后经反射沿原路返回，第二一级衍射光经准直透镜(14)入射到测量镜(15)，后经反射沿原路返回，两束返回光束在闪耀光栅(12)上相遇并产生第二干涉光，第二干涉光被准直器(6)接收后，依次通过第二光纤耦合器(4)、隔离器(7)、第三光纤耦合器(5)到达光纤布拉格光栅(8)，被光纤布拉格光栅(8)反射后反向经过第三光纤耦合器(5)被第二光电探测器(10)接收；

第二光电探测器(10)检测第二干涉光的光强变化，经信号采集与处理电路(11)转换为电脉冲信号，通过电脉冲计数和相位检测技术，计算测量镜(15)沿第二一级衍射光入射方向的位移量；

根据测量镜(15)沿第一一级衍射光入射方向的位移量和沿第二一级衍射光入射方向的位移量，以及两束一级衍射光的间隔距离，计算测量镜(15)相对偏转角度。