[发明专利]基于可调谐带通滤光片的无源测头及双光梳测量系统

权利要求书

1.一种基于可调谐带通滤光片的无源测头，其特征在于，该无源测头包括可调谐带通滤光片和角锥棱镜；

所述可调谐带通滤光片采用透射式，所述可调谐带通滤光片的带通滤波范围可通过改变角度进行调整，即可以通过改变入射光束入射到所述可调谐带通滤光片表面入射角的大小，实现透射光束中心波长的选择；所述角锥棱镜底部以设定角度固定连接所述可调谐带通滤光片的出光面；其中：

所述可调谐带通滤光片用于对入射光束的原始光谱通过透射曲线进行两次调制，调制后的光平行于入射光束方向从所述可调谐带通滤光片出射，基于出射光的光谱和相位变化同时完成无源测头转角和距离测量；所述角锥棱镜用于将所述可调谐带通滤光片调制后的光束定向反射进入所述可调谐带通滤光片进行再次调制。

2.根据权利要求1所述的无源测头，其特征在于，所述设定角度为10±2°。

3.根据权利要求1或2所述的无源测头，其特征在于，所述可调谐带通滤光片采用角度调谐的介质薄膜滤光片，所述介质薄膜滤光片透射曲线的顶部应较为尖锐，使得透射的中心波长唯一。

4.根据权利要求3所述的无源测头，其特征在于，所述角锥棱镜采用表面镀金的空心角锥棱镜，尺寸与所述可调谐带通滤光片相匹配。

5.一种基于权利要求1～4任一项所述的无源测头的测量方法，其特征在于包括：

测量光束入射到无源测头，经过可调谐带通滤光片时测量光束的原始光谱通过可调谐带通滤光片透射曲线进行调制；

经调制的测量光束被角锥棱镜定向反射后再次经过可调谐带通滤光片，测量光束光谱被可调谐带通滤光片的透射曲线再次调制；

调制后的光平行于入射光方向从可调谐带通滤光片出射，其中，透射曲线的中心波长会随着入射光束与可调谐带通滤光片法线的夹角变化而发生变化；

利用出射光的光谱计算出透射曲线的中心波长，完成无源测头的转角测量；

利用出射光的相位变化信息，完成测量距离。

6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，利用出射光的光谱计算出透射曲线的中心波长，完成无源测头的转角测量的具体过程为：

1)计算入射光与可调谐带通滤光片的夹角α：

式中，λ_α为当入射光束与可调谐带通滤光片法线的夹角为α时，可调谐带通滤光片透射率曲线的中心波长，λ₀为正入射时透射率曲线的中心波长，N为等效折射率；

2)由于在无源测头安装时，可调谐带通滤光片与角锥棱镜的底面呈设定夹角β，无源测头的转动角度为α－β。

7.一种双光梳多自由度测量系统，其特征在于，该系统包括光源、基于权利要求1～4任一项所述的无源测头和处理器；

所述光源采用两个具有微小重频差的光梳，第一光梳发出的脉冲分为参考脉冲和测量脉冲，第二光梳发出的脉冲为采样脉冲；

测量脉冲发送到可调谐带通滤光片时测量脉冲的光谱受到其透射曲线的调制，经过可调谐带通滤光片后，测量脉冲被角锥棱镜定向反射再次经过可调谐带通滤光片，其输出脉冲再次经透射曲线的调制；

经过调制后的测量脉冲与参考脉冲合光后，采样脉冲对测量脉冲和参考脉冲进行采样形成参考干涉信号和测量干涉信号，上述干涉信号经处理器处理完成距离测量和角度测量。

8.根据权利要求7所述的双光梳多自由度测量系统，其特征在于，为了防止出现周期性混叠即保证映射结果的唯一性，两台光梳的原始光谱带宽Δν_comb需要小于f_r1f_r2/2(Δf_r)，其中，f_r1为第一光梳的重频，f_r2为第二光梳的重频，Δf_r为重频之差。