[发明专利]一种基于矢量光场的距离探测系统及其应用

说明书

本发明公开了一种基于矢量光场的距离探测系统及其应用，包括矢量光源、反光镜、双透镜、双缝、凸透镜、光电探测器和信号处理系统；将双缝设置在初始点位置，将光电探测器设置在待测点位置，所述矢量光源向反光镜发射矢量光，矢量光经反光镜反射后，经双透镜调整光路宽度后，然后射入双缝，产生干涉图样；根据光电探测器测得的光信息获得所述待测物体的距离。该系统具有测量精度高，且结构简单，安装方便，价格低廉，适用范围广的特点。

技术领域

本发明涉及矢量光测位移领域，尤其涉及一种基于矢量光场的距离探测系统及其应用。

背景技术

激光干涉法测位移。这是一种相对测量，它无法测得一个物体离仪器的绝对距离，但可以测得两被测物体的相对距离。它的原理是一台迈克尔逊干涉仪，利用反射镜距离变化时干涉条纹的变化来测量，反射镜从物体A运动到物体B，干涉条纹变化的数量反映了其距离。这种测量要求条件较高，但是可以精确测量，它也是目前所有测量手段中最精确的一种。而矢量光场测位移，是对光学测位移的一项技术革新，使得原来的干涉条纹由一维变为二维，极大的提高了系统灵敏度，使得位移测量更加的精确。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种利用矢量光场的干涉条纹的距离探测系统及其应用，具有测量精度高，且结构简单，安装方便，价格低廉，适用范围广等特点。

本发明通过以下技术方案来实现：一种基于矢量光场的距离探测系统，包括矢量光源、反光镜、双透镜、双缝、凸透镜、光电探测器和信号处理系统；将双缝设置在初始点位置，将光电探测器设置在待测点位置，所述矢量光源向反光镜发射矢量光，矢量光经反光镜反射后，经双透镜调整光路宽度后，形成半径为ε的光束，然后射入双缝，产生干涉，经凸透镜聚焦后，射入光电探测器，光电探测器测得干涉图样中任一点P的光强I，并输入到信号处理系统，信号处理系统通过计算获得初始点到待测点之间的距离d＝πbx/(λδ)，其中，δ＝arccos[(I-2)/(2(cos2mθ_B))],m为拓扑荷数，b为狭缝间距，x为P点到干涉图样中心点的水平距离，θ_B＝arccos(b/(2ε))，λ为矢量光波长。

进一步地，所述的双缝模板为微结构双缝。

进一步地，所述的光电探测器为面阵探测器或线阵探测器，还可以是点阵探测器。

一种距离探测系统在直线位移传感中的应用，该应用为，将所述光电探测器与待测物体连接，将所述双缝设置在待测物体直线运动的延长线上，根据光电探测器测得的光信息获得所述待测物体的实时位移。

本发明的有益效果在于：该系统具有测量精度高，且结构简单，安装方便，价格低廉，适用范围广的特点。

附图说明

图1为矢量光束通过双缝的演示；

图2为双缝干涉装置示意图；

图3为矢量光束投射原理图；

图4为当初始相位为0，拓扑荷数为1，调控参数为1时的干涉条纹图样。

图中，矢量光源1、反光镜2、双透镜3、双缝4、凸透镜5、光电探测器6、信号处理系统7。

具体实施方式

如图3所示，一种基于矢量光场的距离探测系统，包括矢量光源1、反光镜2、双透镜3、双缝4、凸透镜5、光电探测器6和信号处理系统7；将双缝4设置在初始点位置，将光电探测器6设置在待测点位置，所述矢量光源1向反光镜2发射矢量光，矢量光经反光镜2反射后，经双透镜3调整光路宽度后，形成半径为ε的光束，然后射入双缝4，产生干涉，经凸透镜5聚焦后，射入光电探测器6，干涉条纹的产生通过以下方法实现：

已知任意混合偏振态矢量光场的光场强度公式为：