[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

权利要求书

1.一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f_b＝f₁-f₂，表示为I_r∝cos(2πf_bt)；

(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I_m1∝cos[2π(f_b+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I_m2∝cos[2π(f_b-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f_b+Δf和f_b-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f_b+Δf的测量信号，相位计B用于处理频率为f_b-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。

2.根据权利要求1所述的小型化高速超精密激光外差干涉测量方法，其特征在于使用开关电路进行选择时，当被测量目标端平面反射镜正向运动速度高于设定值V₁时，选择相位计B；当被测量目标端平面反射镜负向运动速度高于设定值V₂时，选择相位计A；其中，设被测量目标端平面反射镜远离偏振分光棱镜的方向为正方向。

3.一种小型化高速超精密激光外差干涉测量装置，该装置包括稳频激光器(1)，其特征在于该装置还包括偏振分光镜(2)、测量棱镜(3)、四分之一波片(4)、平面反射镜(5)、反射棱镜(6)、参考棱镜(7)、光电探测器A(8)、光电探测器B(9)、相位计A(10)、相位计B(11)、开关电路(12)、测量电路(13)，其中，偏振分光镜(2)位于稳频激光器(1)输出端；在偏振分光镜(2)的反射方向放置反射棱镜(6)，参考棱镜(7)位于反射棱镜(6)的反射方向；在偏振分光镜(2)的透射方向依次放置四分之一波片(4)和平面反射镜(5)，测量棱镜(3)位于偏振分光镜(2)的另一个反射方向；偏振分光镜(2)最终输出两路干涉测量光束，其中一路接光电探测器A(8)，另一路接光电探测器B

(9)；光电探测器A(8)的输出端接相位计A(10)输入端，光电探测器B(9)输出端接相位计B(11)输入端；稳频激光器(1)的参考信号输出端分别与相位计A(10)和相位计B(11)的输入端连接，相位计A(10)和相位计B(11)输出端同时接开关电路(12)输入端，开关电路(12)的输出端与测量电路(13)连接。

4.根据权利要求3所述的小型化高速超精密激光外差干涉测量装置，其特征在于参考棱镜(7)为角锥棱镜时，测量棱镜(3)为直角棱镜。

5.根据权利要求3所述的小型化高速超精密激光外差干涉测量装置，其特征在于参考棱镜(7)为直角棱镜时，测量棱镜(3)为角锥棱镜。