[发明专利]一种用于角度测量无非线性误差的激光外差干涉系统

说明书

本发明公开了一种用于角度测量无非线性误差的激光外差干涉系统，包括单频激光源、声光频移单元、光干涉装置、随被测件运动的平面反射镜以及相位检测装置。其中，单频激光源结合声光频移单元可产生无频率混叠、具有一定频差、空间分离的入射光束，入射光束在光干涉装置的作用下，两次被平面镜反射，最后输入到相位检测装置，以相位差的变化量确定被测件的偏摆角。具有一定频差的测量光束从声光频移单元产生到干涉前，传输路径分开，空间独立。本发明避免了干涉光路中两种频率的偏振光不能完全分开导致的周期性非线性误差的产生，从而有效提高测量精度。本发明可广泛用于数控机床、军工及航天等领域的几何量精密测量。

技术领域

本发明涉及光学技术检测领域，具体涉及一种用于角度测量无非线性误差的激光外差干涉系统。

背景技术

几何量精密测量在军工、航天、数控机床等高科技领域具有重要的作用，特别是对运动导轨偏摆角、俯仰角的测量技术，越来越受到重视。外差激光干涉仪的结构简单、抗干扰能力强、检测方便，通过相位比较即可达到很高的测量分辨率，在纳米测量中有着独特的优势和广泛的应用。

理论上，激光干涉仪工作时，激光源发出的两个具有一定频差的正交线偏振光，经偏振分光镜分光后，两个偏振分量分别经测量臂和参考臂后各自携带相应的相移信息，经干涉后获得与被测长度成线性关系的拍频信号。

实际应用时，由于激光光源的椭圆偏振化，干涉仪中各光学元器件的非理想性及其安调误差等各种非理想因素，使得干涉光路中两种频率的偏振光不能完全分开，从而使被测信号中出现一个附加的周期相位误差。这一相位误差使测得的相位位移和实际被测长度不成线性关系，且该误差随着被测长度的变化以2p为周期变化，形成一个较大的周期性非线性误差，其幅值可达几个纳米，对于纳米测量系统而言，成为影响测量精度的一项重要误差源。

由于这一周期性的非线性误差使得基于外差干涉技术的角度测量难以进一步提高测量精度。

发明内容

本发明针对现有激光干涉仪存在的较大非线性误差，提出了一种用于角度测量无非线性误差的激光外差干涉系统，用于实现小角度偏摆角或俯仰角的高精度测量，结构简单且调试方便。

本发明技术方案是这样实现的：

一种用于角度测量无非线性误差的激光外差干涉系统，由单频激光源、声光频移单元、光干涉装置、平面反射镜以及相位检测装置组成；其特点是：

所述单频激光源提供稳定的单一频率线偏振光；

所述声光频移单元包括：分光镜、两个声光频移器、三个直角棱镜；

所述声光频移器用于调整偏振分量光的频率，所述直角棱镜用于调整光束的传输方向；使所述光束与另一光束传输方向平行，且两束光产生频率差；

所述光干涉装置包括：两个偏振分光镜、角锥棱角、第四直角棱镜、四分之一波片；

所述偏振分光镜用于对调整后的光束进行分光，四分之一波片用于改变线偏振光的偏振态；

将所述平面反射镜固定于被测件，作为偏摆传感器；

所述相位检测装置包括：两个检偏器，两个光电检测器，相位计；其中：检偏器用于混合一个光路中偏振态正交的两个光束，并产生新的干涉测量光束；

所述相位计用于接收电测量信号，经过比相处理计算输出被测件的偏摆角；

具体光路连接如下：

将所述单频激光源产生的第一光束入射到所述声光频移单元；