拉斯特棱鏡分光原理示意圖；
[0030] 圖中，1激光器、2第一四分之一波片、3第一消偏振分光鏡、4測(cè)量鏡、5第二四分之 一波片、6參考鏡、7渥拉斯特棱鏡、8第三四分之一波片、9第一光電探測(cè)器、10第二光電探 測(cè)器、11第三光電探測(cè)器、12第四光電探測(cè)器、13干涉部分、14探測(cè)部分、15第一光束、16 第二光束、17第三光束、18第四光束、19第五光束、20第六光束、21第一 〇光、22第一 e光、 23第二〇光、24第二e光、25第二消偏振分光鏡、26第一反射鏡、27第二反射鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，并給出實(shí)施例。
[0032] 一種抗偏振混疊的單路圓偏振干涉和單渥拉斯特棱鏡分光式零差激光測(cè)振儀，由 干涉部分13和探測(cè)部分14組成，所述干涉部分13由激光器1、第一四分之一波片2、第一 消偏振分光鏡3、測(cè)量鏡4、第二四分之一波片5和參考鏡6組成；激光器1發(fā)出線偏振光， 經(jīng)第一四分之一波片2后變成圓偏振光，再經(jīng)第一消偏振分光鏡3進(jìn)行分光，反射光形成第 一光束15作為測(cè)量光，透射光形成第二光束16作為參考光；第一光束15經(jīng)測(cè)量鏡4反射 后，再經(jīng)第一消偏振分光鏡3透射形成第三光束17 ;第二光束16經(jīng)過(guò)第二四分之一波片5 后變成線偏振光，經(jīng)參考鏡6反射后再次經(jīng)過(guò)第二四分之一波片5變成圓偏振光，然后經(jīng)第 一消偏振分光鏡3反射形成第四光束18 ;第三光束17、第四光束18為光路重合、且偏振方 向正交的圓偏振光；所述探測(cè)部分14由第二消偏振分光鏡25、第一反射鏡26、第二反射鏡 27、渥拉斯特棱鏡7、第三四分之一波片8、第一光電探測(cè)器9、第二光電探測(cè)器10、第三光電 探測(cè)器11和第四光電探測(cè)器12組成；第三光束17、第四光束18經(jīng)第二消偏振分光鏡25透 射形成第五光束19和反射形成第六光束20 ;第五光束19被第一反射鏡26反射后，先經(jīng)第 三四分之一波片8后，被渥拉斯特棱鏡7分成第一 〇光21、第一 e光22,分別被第一光電探 測(cè)器9、第二光電探測(cè)器10接收；第六光束20經(jīng)第二反射鏡27反射后，被渥拉斯特棱鏡7 分成第二〇光23、第二e光24,分別被第三光電探測(cè)器11、第四光電探測(cè)器12接收。
[0033] 所述激光器1為穩(wěn)頻激光器。
[0034] 所述測(cè)量鏡4、參考鏡6為平面反射或角錐反射鏡。
[0035] 所述第一、二反射鏡26、27為平面鏡或直角棱鏡。
[0036] 圖1給為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。本實(shí)施例中，激光器1采用經(jīng)過(guò)穩(wěn)頻的He-Ne激 光器，波長(zhǎng)為632. 8nm，噪聲<0. 05%rms，輸出功率為lmW，偏振化為1000 : 1，在空間坐 標(biāo)系xyz內(nèi)，激光器1發(fā)出線偏振光，偏振方向?yàn)閄軸，即為P光，因此其瓊斯矢量表達(dá)式為
但具有一定極化角。第一四分之一波片2放置在xy平面內(nèi)，其存在的相位延遲誤差 為π /250,通過(guò)旋轉(zhuǎn)第一四分之一波片2,理想情況下，當(dāng)?shù)谝凰姆种徊ㄆ?快軸與X軸 成45°時(shí)，P光變成右旋偏振光。經(jīng)第一消偏振分光鏡3等比例分光，反射光形成作為測(cè)量 光的右旋偏振的第一光束15,透射光形成作為參考光的右旋偏振的第二光束16。根據(jù)反射 鏡的瓊斯矩陣表達(dá)式
，可得，反射光相對(duì)入射光沿y軸振動(dòng)方向具有180°的相移， 因此在測(cè)量臂上，右旋偏振態(tài)的第一光束15經(jīng)測(cè)量鏡4反射后變成左旋偏振光，然后經(jīng)第 一消偏振分光鏡3透射形成第三光束17。在參考臂上，第二四分之一波片5放置在xy平面 內(nèi)，第二光束16先經(jīng)過(guò)第二四分之一波片變成線偏振光，經(jīng)參考鏡6反射后，再經(jīng)第二四分 之一波片變成右旋偏振光，然后經(jīng)第一消偏振分光鏡3反射形成第四光束18。由于圓偏振 光的特殊性，第二四分之一波片5的快軸與X軸成任意角度，右旋偏振態(tài)的第二光束16折 返兩次第二四分之一波片后仍為右旋偏振光。第三、四光束17、18為光路重合、且偏振方向 正交的圓偏振光。第三光束17和第四光束18在探測(cè)部分被第二消偏振分光鏡25分光，透 射光第五光束19被第一反射鏡26反射后，先經(jīng)第三四分之一波片8,再被渥拉斯特棱鏡7 分成第一 〇光21和第一 e光22,分別被第一、二光電探測(cè)器9、10接收，反射光第六光束20 經(jīng)第二反射鏡27反射后，被渥拉斯特棱鏡7分成第二〇光23和第二e光24,分別被第一、 二光電探測(cè)器11、12接收。消偏振分光鏡并不能保證嚴(yán)格意義上的按50 : 50分光，其透 射率一般略大于反射率。
[0037] 本實(shí)施例中，光電探測(cè)器采用Si PIN類型的二象限光電探測(cè)器，光敏區(qū)大小為 IOmmX 10mm，靈敏度為0. 45A/W( λ = 632. 8nm)，二象限光電探測(cè)器的兩個(gè)象限分別作為第 一、二光電探測(cè)器9、10;同理，采用另一個(gè)二象限光電探測(cè)器的兩個(gè)象限作為第三、四光電 探測(cè)器11、12。
[0038] 本實(shí)施例中，渥拉斯特棱鏡7水平放置在xz平面內(nèi)，通過(guò)調(diào)整第一四分之一波片 2、第二四分之一波片5的快軸與X軸的角度以及第三四分之一波片8的快軸與z軸的角 度，可使第一、三、二、四光電探測(cè)器9、11、10、12接收到的干涉信號(hào)的相位相對(duì)關(guān)系分別為 0°、90°、180°和270°，同時(shí)使第一、二光電探測(cè)器9、10接收到的干涉信號(hào)的直流偏置 相等、第三、四光電探測(cè)器11、12接收到的干涉信號(hào)的直流偏置相等。由于消偏振分光鏡25 的透射率略微大于其反射率，因此第一、二光電探測(cè)器9、10接收到的干涉信號(hào)的交流振幅 略大于第三、四光電探測(cè)器11、12的交流振幅。因此，當(dāng)?shù)谝弧⒍怆娞綔y(cè)器9、10接收到的 干涉信號(hào)相減、第三、四光電探測(cè)器11、12接收到的干涉信號(hào)相減后，可獲得兩路無(wú)直流偏 置、無(wú)正交誤差的正交信號(hào)，在振幅修正后，最終得到兩路正交信號(hào)的李薩如圖為一理想的 中心在原點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)圓。
[0039] 圖2為本發(fā)明渥拉斯特棱鏡分光原理示意圖。當(dāng)光束從渥拉斯特棱鏡的AB面入 射時(shí)，O光和e光以2Φ角度在CD面分開(kāi)；當(dāng)光束從渥拉斯特棱鏡的AD面入射時(shí)，〇光和e 光以Φ角度在BC面分開(kāi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種抗偏振混疊的單路圓偏振干涉和單渥拉斯特棱鏡分光式零差激光測(cè)振儀，由干 涉部分（13)和探測(cè)部分（14)組成，其特征在于：所述干涉部分（13)由激光器（1)、第一四 分之一波片（2)、第一消偏振分光鏡（3)、測(cè)量鏡（4)、第二四分之一波片（5)和參考鏡（6) 組成；激光器（1)發(fā)出線偏振光，經(jīng)第一四分之一波片（2)后變成圓偏振光，再經(jīng)第一消偏 振分光鏡（3)進(jìn)行分光，反射光形成第一光束（15)作為測(cè)量光，透射光形成第二光束（16) 作為參考光；第一光束（15)經(jīng)測(cè)量鏡（4)反射后，再經(jīng)第一消偏振分光鏡（3)透射形成第 三光束（17);第二光束（16)經(jīng)過(guò)第二四分之一波片（5)后變成線偏振光，經(jīng)參考鏡（6)反 射后再次經(jīng)過(guò)第二四分之一波片（5)變成圓偏振光，然后經(jīng)第一消偏振分光鏡（3)反射形 成第四光束（18);第三光束（17)、第四光束（18)為光路重合、且偏振方向正交的圓偏振光； 所述探測(cè)部分（14)由第二消偏振分光鏡（25)、第一反射鏡（26)、第二反射鏡（27)、渥拉斯 特棱鏡（7)、第三四分之一波片（8)、第一光電探測(cè)器（9)、第二光電探測(cè)器（10)、第三光電 探測(cè)器（11)和第四光電探測(cè)器（12)組成；第三光束（17)、第四光束（18)經(jīng)第二消偏振分 光鏡（25)透射形成第五光束（19)和反射形成第六光束（20);第五光束（19)被第一反射 鏡（26)反射后，先經(jīng)第三四分之一波片（8)后，被渥拉斯特棱鏡（7)分成第一 〇光（21)、第 一e光（22)，分別被第一光電探測(cè)器（9)、第二光電探測(cè)器（10)接收；第六光束（20)經(jīng)第 二反射鏡（27)反射后，被渥拉斯特棱鏡（7)分成第二〇光（23)、第二e光（24)，分別被第 三光電探測(cè)器（11)、第四光電探測(cè)器（12)接收。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗偏振混疊的單路圓偏振干涉和單渥拉斯特棱鏡分光式零 差激光測(cè)振儀，其特征在于：所述激光器（1)為穩(wěn)頻激光器。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗偏振混疊的單路圓偏振干涉和單渥拉斯特棱鏡分光式零 差激光測(cè)振儀，其特征在于：所述測(cè)量鏡（4)、參考鏡（6)為平面反射或角錐反射鏡。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗偏振混疊的單路圓偏振干涉和單渥拉斯特棱鏡分光式零 差激光測(cè)振儀，其特征在于：所述第一、二反射鏡（26、27)為平面鏡或直角棱鏡。
【專利摘要】抗偏振混疊的單路圓偏振干涉和單渥拉斯特棱鏡分光式零差激光測(cè)振儀屬于激光干涉測(cè)量領(lǐng)域；干涉部分通過(guò)兩個(gè)四分之一波片和消偏振分光鏡NBS產(chǎn)生單路偏振方向正交、光路重合的圓偏振參考光和圓偏振測(cè)量光，探測(cè)部分參考光和測(cè)量光分光后經(jīng)同一個(gè)渥拉斯特棱鏡產(chǎn)生四路相位相差90°的光電信號(hào)，從而從光路結(jié)構(gòu)與原理上獲得抑制非線性誤差的突出特性；本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)四通道零差正交激光干涉測(cè)量，可有效解決現(xiàn)有技術(shù)方案中光路存在偏振泄露與偏振混疊，輸出信號(hào)存在直流偏置誤差與非正交誤差，測(cè)量結(jié)果非線性誤差顯著等問(wèn)題，在超精密振動(dòng)測(cè)量領(lǐng)域具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
【IPC分類】G01H9/00
【公開(kāi)號(hào)】CN104913838
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510340554
【發(fā)明人】崔俊寧, 何張強(qiáng), 譚久彬
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年6月12日