[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

说明书

本发明涉及一种基于可调谐带通滤光片的无源测头及双光梳测量系统，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。本发明将双光梳测量速度快、精度高、非模糊范围大的优势与无源测头的角度变化和距离变化对光谱和相位的调制结合起来，通过双光梳多纵模相位信息可以得到绝对距离信息，通过双光梳光谱测量可以实现角度测量，具备测量范围大、工作距离长，精度高的优势。

技术领域

本发明是关于一种由可调谐带通滤光片和角锥棱镜组成的无源测头及基于该无源测头的双光梳测量系统，涉及光学精密计量领域。

背景技术

双光梳系统充分利用了光学频率梳(简称光梳)光谱带宽高、频率分辨率高、频率精度高的特点，用于快速高精度解析光谱和相位信息，因此在光学计量领域有着广泛的应用。其中，绝对距离测量是双光梳系统一个主要应用方向。

传统的双光梳测距方法是利用角锥棱镜作为靶镜，通过高精度辨析角锥棱镜回光的多纵模相位变化可以实现高精度的绝对距离测量。在航天遥感、精密制造等许多应用中，除了需要测量目标的绝对距离用来确定目标的位置外，其姿态信息也非常重要。姿态的测量通常是通过角度测量来实现。

现有的双光梳系统通过角锥棱镜作为目标靶镜，只能感知轴向距离信息的变化，要实现位置和姿态同时测量，通常需要在被测目标上安装多个角锥棱镜，通过多路测距方式同时实现角度和距离测量。在测距精度一定的情况下，角度测量的精度主要由角锥棱镜之间的间距大小决定。要实现高精度的角度测量需要角锥棱镜之间的间距较大，导致被测目标体积很大并且很笨重，在许多工业应用中不适用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种结构简单、测量准确且测量范围大的基于可调谐带通滤光片的无源测头及双光梳测量系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种基于可调谐带通滤光片的无源测头，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。

优选地，所述设定角度为10±2°。

优选地，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。

优选地，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。

第二方面，本发明还提供一种基于本发明第一方面所述的无源测头的测量方法，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，完成距离测量，其中，测距测量为现有技术在此不做赘述。

进一步地，利用出射光的光谱计算出透射曲线的中心波长，完成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：