[发明专利]一种基于涡旋光束和萨格拉克干涉仪的旋转扰动测量系统

说明书

本发明公开了一种基于涡旋光束和萨格拉克干涉仪的旋转扰动测量系统，包括：涡旋光束产生模块，用于产生涡旋光束；马赫增德尔干涉仪，用于将产生的涡旋光束分为相位差为π/2的两束涡旋光束，再耦合为一束输出；分光元件，用于将涡旋光束分为两束，一束进入平衡探测模块，另一束进入萨格拉克干涉仪；平衡探测模块，用于通过平衡探测器输出误差信号至相位锁定模块；相位锁定模块，用于根据平衡探测模块输出的信号，将马赫增德尔干涉仪偏振分束形成的两束涡旋光束的相位差锁定在π/2；萨格拉克干涉仪，用于将接收到的涡旋光束分为两束，并通过旋转扰动将两束光束的相位差变大。本发明可以动态测量。

技术领域

本发明涉及激光干涉仪的精密测量领域，尤其涉及一种基于涡旋光束和萨格拉克干涉仪的旋转扰动测量系统。

背景技术

旋转扰动的测量方法一般有两种，一种是旋转多普勒频移法，另一种是利用光束的空间相位分布来测量。而利用空间相位分布进行测量时，常见的几种探测装置大都集中在对静态过程的测量。但在实际的工程及生物测量系统中，动态扰动显然更为广泛。

下面对于本发明用到的涡旋光束进行介绍：涡旋光的波前绕着光轴呈螺旋形分布，这样的波前特性相当于具有相位因子exp(ilθ)，其中，l被称为拓扑荷数，可取任意整数；θ为方位角，取值为0～2π，自涡旋光的产生在技术上得到解决后，其特殊的相位特性得到了广泛的应用。

发明内容

发明目的：本发明为了满足对动态旋转扰动的测量需要，提供了一种基于涡旋光束和萨格拉克干涉仪的旋转扰动测量系统。

技术方案：本发明所述的基于涡旋光束和萨格拉克干涉仪的旋转扰动测量系统包括：

涡旋光束产生模块，用于采用叉形光栅法产生所需拓扑荷数的涡旋光束；

马赫增德尔干涉仪，用于将涡旋光束产生模块产生的涡旋光束分成相位差为π/2的两束涡旋光束，再将两束涡旋光束耦合成为一束输出；

分光元件，用于将马赫增德尔干涉仪输出的涡旋光束分为两束，一束进入平衡探测模块，另一束进入萨格拉克干涉仪；

平衡探测模块，包括增益相同的第一平衡探测器和第二衡探测器，第一平衡探测器接收分光元件发出的涡旋光束，第二衡探测器接收萨格拉克干涉仪输出的光束，第一平衡探测器和第二平衡探测器根据接收的光束进行光电流相减，通过第一平衡探测器将结果输出至相位锁定模块；

相位锁定模块，用于根据第一平衡探测器输出的信号，控制马赫增德尔干涉仪偏振分束形成的其中一束涡旋光束的相位，使得两束涡旋光束相位差锁定在π/2；

萨格拉克干涉仪，用于将接收到的涡旋光束分为两束，并通过旋转扰动将分束后的两束光束的相位差变大，达到放大信号的目的。

其中，所述涡旋光束产生模块包括按照光传播方向依次设置的1064nm相干光源、聚焦透镜、叉形光栅面板和半波片。

其中，所述马赫增德尔干涉仪包括第一偏振分束器、第二偏振分束器、第一反射镜和第二反射镜，所述第一偏振分束器位于涡旋光束产生模块之后，将接收到的涡旋光束分为两束偏振方向垂直的光束，一束经过第一反射镜后反射至第二偏振分束器，另一束经过第二反射镜相位调节后反射至第二偏振分束器，第二偏振分束器将接收到的两束光束耦合成为一束输出。

其中，所述相位锁定模块包括比例积分电路PID、高压放大器和压电陶瓷，所述比例积分电路PID连接所述平衡探测模块的第一平衡探测器，所述压电陶瓷附着于所述第二反射镜上，所述比例积分电路PID、高压放大器和压电陶瓷依次连接。