[发明专利]多光束激光回馈干涉仪

说明书

本申请涉及一种多光束激光回馈干涉仪，包括激光组件、分光镜、声光移频组件、光束调整组件、扩束准直镜、棱镜组件、参考目标、光电探测组件和信号处理系统。多光束激光回馈干涉仪通过设置激光组件可以输出六束同向且平行的激光，六束平行激光先后经过分光镜、声光移频组件、光束调整组件、扩束准直镜后，其中五路激光作为测量光入射所述待测目标，一路光作为参考光入射参考目标，可以实现对所述待测目标位移、俯仰角、偏摆角的测量。结合棱镜组件可以对垂直于位移方向且相互垂直的两个方向的直线度的测量。综上，多光束激光回馈干涉仪可以实现对位移、俯仰角、偏摆角和垂直于位移方向且相互垂直的两个方向的直线度，共五个自由度的同时测量。

技术领域

本申请涉及精密测量技术领域，特别是涉及一种多光束激光回馈干涉仪。

背景技术

激光干涉仪作为现代精密测量仪器的代表，在机床汽车芯片等精密制造领域中具有广泛的应用，同时在精密位移、直线度、垂直度等测量领域发挥着重要的作用。传统的激光干涉仪大多采用基于迈克尔逊基本结构的干涉测量方法，但该类激光干涉仪存在寿命有限、需靶镜辅助测量、空程环境误差补偿能力有限、双频激光干涉仪具有非线性误差以及结构复杂等缺陷。

针对上述问题，研究人员提出了激光回馈干涉仪。激光回馈干涉仪基于移频光回馈的原理，与外差式相位测量技术相结合，可以实现非配合目标的高分辨率位移测量。但这样的激光回馈干涉仪技术只具备一维位移测量功能，不能测量其他几个维度(目标的偏摆角，俯仰角，X和Y方向的直线度)。

发明内容

基于此，有必要针对相关技术中的激光回馈干涉仪仅可以测量待测目标的位移，但无法测量其他几个维度(目标的偏摆角，俯仰角，X和Y方向的直线度)的问题。发明一种多光束激光回馈干涉仪，以实现多维度的测量。

一种多光束激光回馈干涉仪，包括：

激光组件，包括半导体激光器阵列和微片激光晶体，用于输出六束同向且平行的激光，其中包括五束测量光和一束参考光，且第一测量光与第二测量光位于同一竖直面内，所述第二测量光与第三测量光位于同一水平面内；

分光镜，设置于从所述激光组件出射激光的光路上，用于将入射光线分为反射光和透射光，所述反射光用于光强探测和信号解调，所述透射光用于经待测目标反射后生成回馈光；

声光移频组件，设置于从所述分光镜出射所述透射光的光路上，用于对所述透射光进行移频处理；

光束调整组件，设置于从所述声光移频组件出射的光路上，用于减小所述透射光的光束有效截面半径和光束发散角；

扩束准直镜，设置于从所述光束调整组件出射的光路上，用于扩束并减小所述透射光的光束发散角；

棱镜组件，设置于从所述扩束准直镜出射的光路上，用于使入射的所述测量光沿原光路返回，在使用时所述棱镜组件与所述待测目标连接；

参考目标，靠近并可调整与所述待测目标的距离，且垂直于来自所述扩束准直镜的出射光，一束所述透射光被所述参考目标反射后沿原光路返回所述激光组件作为所述参考光，其余五束所述透射光被所述待测目标反射后沿原光路返回所述激光组件作为所述测量光，所述参考光和所述测量光分别返回所述激光组件与激光器腔内光场干涉，形成的干涉光又出射，再到达所述参考目标和所述待测目标，如此循环；

光电探测组件，设置于从所述分光镜出射所述反射光的光路上，用于探测所述干涉光并转化为电信号；以及

信号处理系统，与所述光电探测组件电连接，用于接收所述光电探测组件输出的电信号，并计算所述待测目标的位移、俯仰角、偏摆角和两个方向的直线度。

在其中一个实施例中，所述半导体激光器阵列包括六个半导体激光器，所述六个半导体激光器间隔设置且排列方式为两行三列。