successivephaseunwrapping algorithmforquadratureoutputMichelsoninterferometers"?Measurement，2005， 37(2) :95-102.)，僅在一定程度上改善了探測部分的偏振泄漏問題。
[0009] 上述幾種零差正交激光測振技術(shù)方案在探測部分均采用雙通道探測技術(shù)，理想情 況下輸出的是兩路相位相差90°的正交光電信號，由于輸出信號是直流信號，激光的功率 漂移及其它共模干擾因素會引起兩路正交信號的直流偏置發(fā)生變化。根據(jù)信號處理的相位 解算公式"巾ztaday-IaVafl。)]，其中l(wèi)JPIy為正交光電信號，I。為直流偏置"可 知，直流偏置變化會直接影響相位解算結(jié)果，從而引入非線性誤差。在雙通道探測技術(shù)方案 中，激光功率漂移是非線性誤差的一個重要誤差源。有學(xué)者提出新的四通道探測技術(shù)方案， 思路是通過偏振移相，獲得四路相位分別為0°、90°、180°和270°的光電信號，使相位 相差180°的兩個信號相減，可有效消除直流偏置及其他共模干擾因素引入的誤差，提高系 統(tǒng)的抗干擾能力。
[0010] 探測部分作為零差正交激光測振儀光路的兩大組成部分之一，其性能和精度對零 差正交激光測振儀的非線性誤差大小和測量精度具有舉足輕重的作用。針對現(xiàn)有各種可用 于零差正交激光測振的四通道探測技術(shù)方案，對各自的優(yōu)缺點(diǎn)及產(chǎn)生非線性誤差的原因分 述如下：
[0011] (1) 1995年，意大利學(xué)者Greco首次提出一種基于四分之一波片移相和偏振分 光鏡PBS分光的四通道探測技術(shù)方案（GrecoV，MolesiniG，QuercioliF."Accurate polarizationinterferometer"?ReviewofScientificInstruments，1995,66 (7)： 3729-3734.)。該技術(shù)方案可用于零差正交激光測振儀的探測部分，如前級光路輸出信號形 式為兩個偏振方向正交的線偏振光，記為P光和S光，使二分之一波片的快軸方向與P光或 S光的偏振方向成22. 5°夾角，則P光、S光經(jīng)過二分之一波片后變成偏振方向?yàn)?5°方向 的兩個正交線偏振光，再經(jīng)消偏振分光鏡NBS等比例分光，其中一路直接經(jīng)偏振分光鏡PBS 得到兩路相位為0°和180°的干涉信號，另一路先經(jīng)快軸為45°方向的的四分之一波片 變成圓偏振光，再經(jīng)偏振分光鏡PBS分光得到另外兩路相位為90°和270°的干涉信號，最 終得到四路相位相差90°的干涉信號。該技術(shù)方案存在的不足之處在于：1)光學(xué)元件較 多，非線性誤差來源較多；2)采用偏振分光鏡PBS分光，存在偏振泄漏現(xiàn)象，導(dǎo)致非線性誤 差顯著。
[0012] (2)2001年，臺灣學(xué)者Lee等提出基于空間旋轉(zhuǎn)偏振分光鏡PBS的四通道探測 技術(shù)方案（Lee，J.Y.Su，D.C."Centralfringeidentificationbyphasequadrature interferometrictechniqueandtunablelaser-diodeOpticsCommunications，2001， 198(4-6) :333-337)。該四通道探測技術(shù)方案在Greco提出的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，通過將其 中一個偏振分光鏡PBS空間旋轉(zhuǎn)45°，使得光路減少了一個二分之一波片。但由于PBS不 可避免的分光誤差，即無法將互相正交的偏振光完全分離，因此也存在較顯著的偏振泄漏 現(xiàn)象，嚴(yán)重影響各路信號的輸出質(zhì)量。
[0013] (3) 1997年，美國學(xué)者Peter提出了一種基于渥拉斯特棱鏡分光的四通道探測 技術(shù)方案（PeterG.''Homodyneinterferometricreceiverandcalibrationmethod havingimprovedaccuracyandfunctionality" ?USPatent:US5663793) 〇 該技術(shù)方案 可用于零差正交激光測振儀的探測部分，如前級光路輸出兩個正交偏振光，通過一種部分 偏振分光鏡（PPBS)分成兩束，一束直接經(jīng)渥拉斯特棱鏡分成兩束然后被兩個光電探測器 接收，另一束先經(jīng)四分之一波片，再經(jīng)渥拉斯特棱鏡分成兩束然后被兩個光電探測器接收， 最終得到四路相位相差90°的干涉信號。該技術(shù)方案存在的不足之處在于：1)探測部分需 要額外的四分之一波片才能產(chǎn)生四路相位相差90°的光電信號；2)探測部分光路不對稱， 易引入直流偏置、不等幅及非正交誤差，從而引入非線性誤差。
[0014] (4)2006年，上海理工大學(xué)的王力等提出在Peter的四通道探測技術(shù)方案的基礎(chǔ) 上，將四分之一波片放在分光鏡之前，再通過繞光束方向空間旋轉(zhuǎn)其中一個渥拉斯特棱鏡 45°實(shí)現(xiàn)四通道探測（王力，侯文玫."單頻激光干涉儀四通道信號接收系統(tǒng)".計(jì)量學(xué)報(bào)， 2006,27(4) :313-316)。該技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)是光路對稱性較好，解決了Peter提出的方案的 非正交誤差問題，其存在的不足之處在于：1)探測部分需要額外的四分之一波片才能產(chǎn)生 四路相位相差90°的光電信號；2)采用的分光鏡為普通分光鏡BS，分光效果與入射到四通 道探測部分的光偏振態(tài)有關(guān)，且具有較大的附加相移。
[0015] (5)2015年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的胡鵬程等也提出了一種基于空間旋轉(zhuǎn)渥拉斯特棱 鏡的四通道探測技術(shù)方案（PengchengHu，et.al. "DC-offsethomodyneinterferometer anditsnonlinearitycompensation".OpticsExpress，2015, 23 (7) :8399_8408) 〇 該技 術(shù)方案中，如干涉部分輸出兩個偏振方向正交的線偏振光，記為P光和S光，經(jīng)消偏振分光 鏡NBS分成兩束，一束直接經(jīng)繞光束方向空間旋轉(zhuǎn)45°的渥拉斯特棱鏡分成兩束，然后被 兩個光電探測器接收，另一束先經(jīng)光軸與一個線偏振光的偏振方向一致的四分之一波片， 再經(jīng)另一繞光束方向空間旋轉(zhuǎn)45°的渥拉斯特棱鏡分成兩束，然后被另兩個光電探測器接 收。最終得到四路相位相差90°的干涉信號。該技術(shù)方案存在的不足之處在于：1)探測部 分需要額外的四分之一波片才能產(chǎn)生四路相位相差90°的光電信號；2)探測部分光路不 對稱，易引入直流偏置、不等幅及非正交誤差，從而引入非線性誤差。
[0016] 綜上，由于激光功率漂移、光學(xué)元器件不理想以及光學(xué)元件安裝誤差等因素，尤其 是偏振分光鏡PBS和偏振片等光學(xué)器件的偏振泄漏以及波片器件的相位延遲誤差，導(dǎo)致現(xiàn) 有零差正交激光測振儀技術(shù)方案在干涉部分和/或探測部分，受光路結(jié)構(gòu)、原理及光學(xué)器 件本身特性不理想的限制，存在難以克服的非線性誤差，非線性誤差可達(dá)幾nm甚至幾十 nm，難以滿足實(shí)時、高精度測量，尤其是下一代亞納米甚至皮米級精度、以及納米級振幅等 振動測量需求。因此，如何通過光路結(jié)構(gòu)與原理上的創(chuàng)新，提供一種能從光路結(jié)構(gòu)和原理上 抑制非線性誤差的零差正交激光測振技術(shù)方案，意義十分重大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有零差正交激光測振技術(shù)方案在光路結(jié)構(gòu)和原理上存在 的非線性誤差問題，提供一種無正交誤差的雙路圓偏振干涉和雙渥拉斯特棱鏡分光式零差 激光測振儀，通過光路結(jié)構(gòu)與原理的創(chuàng)新，采用較少的光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)四通道零差正交激光 干涉測量