7和透射形成第四光束18。在參考臂上，第二四分 之一波片5放置在xy平面內(nèi)，第二光束16先經(jīng)過第二四分之一波片變成線偏振光，經(jīng)參考 鏡6反射后，再經(jīng)第二四分之一波片變成右旋偏振光，然后經(jīng)第一消偏振分光鏡3透射形成 第五光束19和反射形成第六光束20。由于圓偏振光的特殊性，第二四分之一波片5的快軸 與x軸成任意角度，右旋偏振態(tài)的第二光束16折返兩次第二四分之一波片后仍為右旋偏振 光。第三、五光束17、19為光路重合、且偏振方向正交的圓偏振光，第四、六光束18、20為光 路重合、且偏振方向正交的圓偏振光。在探測部分14,第三光束17和第五光束19被第一渥 拉斯特棱鏡7分成第一 〇光21和第一e光22,分別被第一、二光電探測器9、10接收，第四 光束18和第六光束20被第二渥拉斯特棱鏡8分成第二〇光23和第二e光24,分別被第 一、二光電探測器11、12接收。消偏振分光鏡并不能保證嚴(yán)格意義上的按50 : 50分光，其 透射率一般略大于反射率。
[0036] 本實(shí)施例中，光電探測器采用SiPIN類型的二象限光電探測器，光敏區(qū)大小為 10mmX10mm，靈敏度為0. 45A/W(A= 632. 8nm)，二象限光電探測器的兩個(gè)象限分別作為第 一、二光電探測器9、10;同理，采用另一個(gè)二象限光電探測器的兩個(gè)象限作為第三、四光電 探測器11、12。
[0037]理想情況下，第一、二、三、四光電探測器9、10、11、12接收的干涉信號Ei、E2、E3、E4 表達(dá)式為：
[0042] 其中巾,、t分別為參考臂和測量臂的光程引入的相位變化。
[0043] 四路干涉信號的的光強(qiáng)表達(dá)式為：
[0044] 1:=E! ?E*=1+cos(<i> r-jt- <i> m) = 1-cos(<i> r- <J>m)
[0045] I2=E2 ?E2*= 1+cos(<}) r-jt/4-<})m+jt/4) = 1+cos(<}) r-<})m)
[0046] (2)
[0047] I3=E3 ?E3*=1+cos(<}) r+3jt/4- <}) m-jt/4) = 1-sin(<})r- <})m)
[0048] I4=E4 ?E4*= 1+cos(<i> r-3it/4- <i> m+it/4) = 1+sin(<i> r- <i> m)
[0049] 因此由第一、三、二、四光電探測器9、11、10、12接收到的干涉信號的相位相對關(guān) 系分別為 0°、90°、180° 和 270°。
[0050] 本實(shí)施例中，第一渥拉斯特棱鏡7水平放置在xz平面內(nèi)，通過調(diào)整第一四分之一 波片2和第二四分之一波片5的快軸與x軸的角度，以及繞x軸旋轉(zhuǎn)第二渥拉斯特棱鏡8 的空間角度，可使第一、三、二、四光電探測器9、11、10、12接收到的干涉信號的相位相對關(guān) 系分別為0°、90°、180°和270°，同時(shí)使第一、二光電探測器9、10接收到的干涉信號的 直流偏置相等、第三、四光電探測器11、12接收到的干涉信號的直流偏置相等。由于消偏振 分光鏡3的透射率略微大于其反射率，因此第一、二光電探測器9、10接收到的干涉信號的 交流振幅略小于第三、四光電探測器11、12的交流振幅。因此，當(dāng)?shù)谝弧⒍怆娞綔y器9、10 接收到的干涉信號相減、第三、四光電探測器11、12接收到的干涉信號相減后，可獲得兩路 無直流偏置、無正交誤差的正交信號，在振幅修正后，最終得到兩路正交信號的李薩如圖為 一理想的中心在原點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)圓。
[0051] 圖2和圖3為第一、二渥拉斯特棱鏡安裝角度的實(shí)施例。第三、五光束17、19垂直 入射到第一渥拉斯特棱鏡7的第一塊棱鏡，第一塊棱鏡的光軸平行于x軸，由于第二塊棱 鏡的光軸相對于第一塊棱鏡轉(zhuǎn)過了 90°，因此光束在第一塊棱鏡與第二塊棱鏡的截面處，〇 光和e光的傳播方向發(fā)生了改變。第四、六光束18、20垂直入射到第二渥拉斯特棱鏡8的 第一塊棱鏡，本實(shí)施例，理想上，第二渥拉斯特棱鏡8繞x軸旋轉(zhuǎn)了 45°。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 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，由干 涉部分（13)和探測部分（14)組成，其特征在于：所述干涉部分（13)由激光器（1)、第一四 分之一波片（2)、第一消偏振分光鏡（3)、測量鏡（4)、第二四分之一波片（5)、參考鏡（6)組 成；激光器（1)發(fā)出線偏振光，經(jīng)第一四分之一波片（2)后變成圓偏振光，再經(jīng)第一消偏振 分光鏡（3)進(jìn)行分光，反射光形成第一光束（15)作為測量光，透射光形成第二光束（16)作 為參考光；第一光束（15)經(jīng)測量鏡（4)反射后，再經(jīng)第一消偏振分光鏡（3)反射形成第三 光束（17)和透射形成第四光束（18);第二光束（16)經(jīng)過第二四分之一波片（5)后變成線 偏振光，經(jīng)參考鏡（6)反射后再次經(jīng)過第二四分之一波片（5)變成圓偏振光，然后經(jīng)第一消 偏振分光鏡（3)透射形成第五光束（19)和反射形成第六光束（20);第三光束（17)、第五 光束（19)為光路重合、且偏振方向正交的圓偏振光；第四光束（18)、第六光束（20)為光路 重合、且偏振方向正交的圓偏振光；所述探測部分（14)由第一渥拉斯特棱鏡（7)、第二渥拉 斯特棱鏡（8)、第一光電探測器（9)、第二光電探測器（10)、第三光電探測器（11)和第四光 電探測器（12)組成，第三光束（17)、第五光束（19)經(jīng)第一渥拉斯特棱鏡（7)分成第一 〇 光（21)、第一e光（22)，分別被第一光電探測器（9)、第二光電探測器（10)接收；第四光束 (18)、第六光束（20)經(jīng)第二渥拉斯特棱鏡（8)分成第二〇光（23)、第二e光（24)，分別被 第三光電探測器（11)、第四光電探測器（12)接收。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的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，其特征在于：所述激光器（1)為穩(wěn)頻激光器。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的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，其特征在于：所述測量鏡（4)、參考鏡（6)為角錐反射鏡。
【專利摘要】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屬于激光干涉測量領(lǐng)域；干涉部分通過兩個(gè)四分之一波片和消偏振分光鏡NBS產(chǎn)生雙路偏振方向正交、光路重合的圓偏振參考光和圓偏振測量光，探測部分參考光和測量光通過兩個(gè)繞光束空間旋轉(zhuǎn)角度成特定關(guān)系的渥拉斯特棱鏡產(chǎn)生四路相位相差90°的光電信號，從光路結(jié)構(gòu)與原理上具有抑制非線性誤差的突出特性；本發(fā)明采用較少的光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)四通道零差正交激光干涉測量，可有效解決現(xiàn)有技術(shù)方案中光路存在偏振泄露與偏振混疊，輸出信號存在直流偏置誤差與非正交誤差，測量結(jié)果非線性誤差顯著等問題，在超精密振動測量領(lǐng)域具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢。
【IPC分類】G01H9/00
【公開號】CN104897272
【申請?zhí)枴緾N201510340553
【發(fā)明人】譚久彬, 何張強(qiáng), 崔俊寧
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年6月12日