[发明专利]基于偏振态调控与波长合成的双频激光测距方法与装置

权利要求书

1.一种基于偏振态调控与波长合成的双频激光测距方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)开启并预热稳频激光器，直至输出中心频率稳定为f的激光，激光光束经偏振分光镜B分光获得两正交线偏振光，分别进入移频频率为f₁和f₂的声光移频器A和声光移频器B进行移频，控制单元判断测量系统的工作状态，利用开关控制电压改变偏振旋转器的偏振旋转作用来控制激光偏振态，最终获得光频率分别为f+f₁和f+f₂、具有偏振态相同或正交的两线偏振光；

(2)精密调节反射镜A和反射镜B，使声光移频器A和声光移频器B出射的两线偏振光以相互垂直的形式汇聚到部分分光器分光面的同一点上，两光束的大部分能量形成一束合成双频偏振光并经激光扩束准直器后输出，另一小部分能量被外置光电探测器A接收形成参考信号；

(3)合成双频偏振光经过激光扩束准直器成为平行光进入光学干涉镜组，绝对距离测量过程中，呈平行偏振态的测量光全部通过偏振分光镜A转换为圆偏振光，该圆偏振光经过1/4波片B，被测量棱镜反射后再次通过1/4波片B转换为垂直偏振光，经偏振分光镜A反射被外置光电探测器B接收形成测量信号，绝对距离激光测量单元检测出测量信号和参考信号的相位差，获得绝对距离L，同时数据融合单元清零；

(4)相对位移测量过程中，呈正交线偏振态的双频激光被偏振分光镜A分解为参考光和测量光，两光分别经过1/4波片A和1/4波片B，经参考棱镜和测量棱镜分别反射后再次通过1/4波片A和1/4波片B到达偏振分光镜A，在外置光电探测器B处产生外差干涉形成测量信号，相对位移干涉测量单元实时监测两信号相位差的变化值，获得相对位移ΔL；

(5)数据融合单元清零后，先由绝对距离激光测量单元得到绝对距离L，再由相对位移干涉测量单元得到实时监测的相对位移ΔL，数据融合单元利用绝对距离L和相对位移ΔL计算得出最终测距结果L+ΔL。

2.根据权利要求1所述的基于偏振态调控与波长合成的双频激光测距方法，其特征在于其光源在相对位移测量和绝对距离测量中均使用同一个稳频激光器作为测量光源。

3.根据权利要求1所述的基于偏振态调控与波长合成的双频激光测距方法，其特征在于通过改变声光移频器A和声光移频器B中移频信号的频率差来合成绝对位移测量所需的一系列具有50um～100um等效波长的双频激光，以及相对位移测量所需的具有0～20MHz频差的双频激光。

4.根据权利要求1所述的基于偏振态调控与波长合成的双频激光测距方法，其特征在于绝对距离测量过程和相对位移测量过程中，双频激光均在外置光电探测器A和外置光电探测器B处产生拍频干涉。

5.一种基于偏振态调控与波长合成的双频激光测距装置，包括稳频激光器(1)、激光扩束准直器(4)、光学干涉镜组(9)、外置光电探测器A(11)和外置光电探测器B(12)、绝对距离激光测量单元(13)、相对位移干涉测量单元(15)、控制单元(2)、数据融合单元(14)；其特征在于激光波长分裂与合成单元(3)配置在稳频激光器(1)与激光扩束准直器(4)之间，该激光波长分裂与合成单元(3)分别与控制单元(2)和外置光电探测器A(11)直接连接；激光波长分裂与合成单元(3)由声光移频器A(18)和声光移频器B(23)、反射镜A(19)和反射镜B(24)、频率控制单元A(17)和频率控制单元B(22)、偏振旋转器(21)、偏振分光镜B(16)、部分分光器(20)构成，其中，在稳频激光器(1)的输出光路上设置偏振分光镜B(16)，其分光面与稳频激光器的输出光路成45°，在偏振分光镜B(16)的透射方向上放置声光移频器A(18)，反射方向上放置反射镜B(24)，反射镜B(24)的输出光路上设置声光移频器B(23)，声光移频器A(18)和声光移频器B(23)的输出受频率控制单元A(17)和频率控制单元B(22)的控制，在声光移频器A(18)和声光移频器B(23)的输出与部分分光器(20)之间分别放置反射镜A(19)和偏振旋转器(21)。