[发明专利]基于激光高阶横模的光学横向小位移的测量方法及装置

权利要求书

1.一种基于激光高阶横模的光学横向小位移的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：（a）采用一束n阶模式的厄米高斯激光作为信号光（2），采用n+1阶模式的厄米高斯激光作为本地光（5），所述n≧1；（b）使信号光（2）产生横向平移量d；（c）基于平衡零拍探测原理，将本地光（5）与发生平移后的信号光即待测光（4）各分成强度相等的两束光，等分后的每一束本地光（5）均与等分后的一束待测光（4）重合，形成两束新的激光；（d）分别采集两束新的激光的强度信号，将强度信号转换为相应的电信号后相减；将相减后得到的电信号转换为相应的功率信号，该功率信号的表达式为：

V_-＝N_Lo[4(n+1)Nd²/w₀²+δ²X_n+1]，

式中N_Lo和N分别为本地光（5）和待测光（4）的平均光子数，w₀为光束腰斑大小，δ²X_n+1为量子噪声项；根据上式即可求出d的值。

2.如权利要求1所述的基于激光高阶横模的光学横向小位移的测量方法，其特征在于，所述信号光（2）采用1阶模式即HG10模的厄米高斯激光；本地光（5）采用2阶模式即HG20模的厄米高斯激光。

3.一种基于激光高阶横模的光学横向小位移的测量装置，用于实现如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括一个激光器（7）以及位于激光器（7）出射光路上的模式转换系统（1）；模式转换系统（1）的信号光（2）的出射光路上设有平移调制系统（3）；还包括一个平衡零拍探测系统（6），所述平衡零拍探测系统（6）的一个入射端口位于平移调制系统（3）的出射光路上；平衡零拍探测系统（6）的另一个入射端口位于模式转换系统（1）的本地光（5）的出射光路上；平衡零拍探测系统（6）的信号输出端连接有一个频谱仪（11）。

4.如权利要求3所述的基于激光高阶横模的光学横向小位移的测量装置，其特征在于，所述平衡零拍探测系统（6）包括一个50/50光学分束器（8）；所述待测光（4）与本地光（5）垂直相交且分别入射至50/50光学分束器（8）；所述50/50光学分束器（8）位于待测光（4）与本地光（5）光路的交点上且与两光路所成直角的角平分线重合；待测光（4）与本地光（5）入射至50/50光学分束器（8）上的位置应保证待测光（4）的透射光与本地光（5）的反射光共线，且待测光（4）的反射光与本地光（5）的透射光共线；50/50光学分束器（8）两个反射光路上分别设有一个平衡探测器（9）；两个平衡探测器（9）的信号输出端共同连接有一个减法器（10）；减法器（10）的信号输出端与频谱仪（11）相连接。

5.如权利要求3或4所述的基于激光高阶横模的光学横向小位移的测量装置，其特征在于，所述平移调制系统（3）包括一个压电陶瓷（12）以及与压电陶瓷（12）相连接的信号发生器（13）；所述压电陶瓷（12）表面有一个反射面与压电陶瓷（12）运动方向垂直的反射镜（14）且该反射镜（14）的法线与由模式转换系统（1）出射的信号光（2）呈45度角。