[发明专利]小型化高速超精密激光外差干涉测量方法及装置

摘要

小型化高速超精密激光外差干涉测量方法及装置属于激光应用技术领域，本发明采用了空间分离的参考光和测量光，并进行测量光路平衡性设计，同时该方法产生了两个具有相反多普勒频移的干涉测量信号，并根据被测目标的运动方向和速度，选择性使用两测量信号来进行干涉测量；本发明不仅减小了温度变化对测量的影响，而且消除了干涉仪中的频率混叠现象，提高了外差干涉测量的测量精度，简化了干涉测量系统的结构；同时解决了激光光源频差对测量速度限制的问题。

主权项

一种小型化高速超精密激光外差干涉测量方法，其特征在于该方法步骤如下：(1)稳频激光器输出两束频率分别为f1、f2的平行光束，两平行光束均为线偏振光，且偏振方向与水平方向的夹角为45°；(2)两束平行光束的一部分直接经探测后转换为激光外差干涉测量的参考信号，其频差值为fb＝f1‑f2，表示为Ir∝cos(2πfbt)；(3)两束平行光束的另一部分被偏振分光棱镜为两部分，反射部分作为参考光束，透射部分作为测量光束；(4)参考光束中，频率分别为f1、f2的两参考光束经反射棱镜与参考棱镜反射后，返回偏振分光棱镜；(5)测量光束中，频率分别为f1、f2的两光束经过四分之一波片和平面反射镜作用后返回偏振分光棱镜，此时测量光束的偏振方向旋转了90°，被偏振分光镜反射，然后再被测量棱镜反射回偏振分光镜，经偏振分光镜反射后，再次经四分之一波片和平面反射镜作用返回偏振分光镜，此时测量光束的偏振方向又旋转了90°，被偏振分光镜透射；(6)通过调节参考棱镜和测量棱镜使得频率为f1的测量光束与频率为f2的参考光束进行干涉，产生一路测量信号，表示为Im1∝cos[2π(fb+Δf)t]；频率为f2的测量光束与频率为f1的参考光束进行干涉，产生另一路测量信号，表示为Im2∝cos[2π(fb‑Δf)t]，两测量信号具有大小相同、符号相反的多普勒频移，其频率分别为fb+Δf和fb‑Δf；(7)两测量信号经光电探测器探测后分别送入两个相同的相位计A和相位计B，其中，相位计A用于处理频率为fb+Δf的测量信号，相位计B用于处理频率为fb‑Δf的测量信号；(8)根据被测目标端平面反射镜的运动方向和运动速度，使用开关电路在 相位计A和相位计B之间进行选择；(9)根据所选择的相位计A或者相位计B对被测目标的位移进行计算。