CN102564354A - 基于慢光材料的双频激光干涉仪的角度测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

基于慢光材料的双频激光干涉仪的角度测量装置及测量方法，涉及一种双频激光干涉仪的角度测量装置及测量方法。它是为了解决现有的双频激光干涉仪的角度测量装置的角度探测灵敏度较低的问题。双频激光经偏振分光镜按偏振方向分为频率为的偏振光和频率为的偏振光，频率为的偏振光入射至一号角锥棱镜，并经一号角锥棱镜反射回偏振分光镜；频率为的偏振光经普通角反射镜、慢光材料、二号角锥棱镜反射回慢光材料，经慢光材料和普通角反射镜反射至偏振分光镜，并与经一号角锥棱镜反射回来的偏振光在偏振分光镜处会聚，形成拍频，会聚光经减偏器透射后入射至光电探测器的光探测面。本发明适用于电磁感应透明技术和光谱烧孔技术。

Description

基于慢光材料的双频激光干涉仪的角度测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及一种双频激光干涉仪的角度测量装置及测量方法。

背景技术

双频激光干涉仪不仅具有较高的测量精度，还具有较好的抗干扰能力，并且可以用来精密测角。光在真空中传播的速度是恒定的，而光在介质中传播的速度与介质的折射率(色散)有关，折射率越高，传播速度越慢。

目前，双频激光干涉仪的角度测量的装置和原理如图1和图2所示，双频激光干涉仪发出的双频激光经扩束镜扩束后，被双模块组件1下部的偏振分光镜按偏振方向分为两束，其中频率为v₂的光透过偏振分光镜射向一号角锥棱镜；频率为v₁光被反射向上，经过双模块组件1上部的普通角反射镜反射到二号角锥棱镜，分别由这两个角锥棱镜反射的光束在减偏器3处重新会合形成拍频，由光电接收器4接收，双角锥棱镜组2安放在被测物体上，当它前后移动且没有摆动时，则拍频Δv₁-Δv₂为常数，计算机显示值不变，如果角锥棱镜在移动过程中发生角θ的倾斜、则两角锥棱镜的顶点在光轴方向将产生一个相对位移量Δ，因此获得的角度值为：

$\mathrm{\θ}={\sin }^{-1}\frac{\mathrm{\Δ}}{R}={\sin }^{-1}\frac{\∫\mathrm{\Δvdt}}{R}---(1-1)$

式中：Δv₁为由Δ引起的附加多普勒频移；R为一号角锥棱镜和二号的棱尖间距。

但是该种方法的角度测量探测灵敏度较低。

发明内容

本发明是为了解决现有的双频激光干涉仪的角度测量装置的角度探测灵敏度较低的问题，从而提供一种基于慢光材料的双频激光干涉仪的角度测量装置及测量方法。

基于慢光材料的双频激光干涉仪的角度测量装置，它包括双模块组件、双角锥棱镜组、减偏器和光电探测器，所述双模块组件包括偏振分光镜和普通角反射镜，所述普通角反射镜位于偏振分光镜的上方；所述双角锥棱镜组包括一号角锥棱镜和二号角锥棱镜；所述二号角锥棱镜位于一号角锥棱镜的上方；它还包括慢光材料，所述慢光材料设置在二号角锥棱镜的镜面前部；

双频激光干涉仪发出的双频激光入射至偏振分光镜，经偏振分光镜按偏振方向分为频率为v₁的偏振光和频率为v₂的偏振光，所述频率为v₂的偏振光入射至一号角锥棱镜，并经一号角锥棱镜反射回偏振分光镜；

频率为v₁的偏振光入射至普通角反射镜，经普通角反射镜反射获得反射光，所述反射光经慢光材料透射后入射至二号角锥棱镜，经二号角锥棱镜反射回慢光材料，再次经慢光材料透射后入射至普通角反射镜，经普通角反射镜反射至偏振分光镜，并与经一号角锥棱镜反射回来的偏振光在偏振分光镜处会聚形成拍频的会聚光，所述会聚光入射至减偏器，经减偏器透射后入射至光电探测器的光探测面。

慢光材料的折射率为5。

采用上述装置的基于慢光材料的双频激光干涉仪的角度测量方法，

将双角锥棱镜组固定在被测物体上，使其与被测物体保持同步运动状态；

采用双频激光干涉仪发出双频激光入射至偏振分光镜，然后采集光电探测器接收到的光强信号，

根据公式：

$\mathrm{\θ}={\sin }^{-1}\frac{\mathrm{\Δ}}{R}={\sin }^{-1}\frac{\∫\mathrm{\Δvdt}}{R}$

计算获得双角锥棱镜组的摆动角度，进而获得被测物体的摆动角度；

公式中，R为一号角锥棱镜和二号角锥棱镜的棱尖之间的距离；Δ＝dn_慢θ²，d为慢光介质沿光入射方向的厚度，n为空气中介质的折射率。

有益效果：本发明角度探测灵敏度高，同比于现有方法，本发明的探测灵敏度提高10倍。

附图说明

图1是背景技术中现有角度探测装置的结构示意图；图2是背景技术中现有角度探测的原理示意图；图3是本发明的结构示意图；图4是本发明的角度探测原理示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图3和图4说明本具体实施方式，基于慢光材料的双频激光干涉仪的角度测量装置，它包括双模块组件1、双角锥棱镜组2、减偏器3和光电探测器4，所述双模块组件1包括偏振分光镜1-1和普通角反射镜1-2，所述普通角反射镜1-2位于偏振分光镜1-1的上方；所述双角锥棱镜组2包括一号角锥棱镜2-1和二号角锥棱镜2-2；所述二号角锥棱镜2-2位于一号角锥棱镜2-1)的上方；它还包括慢光材料6，所述慢光材料6设置在二号角锥棱镜2-2的镜面前部；

双频激光干涉仪发出的双频激光入射至偏振分光镜1-1，经偏振分光镜1-1按偏振方向分为频率为v₁的偏振光和频率为v₂的偏振光，所述频率为v₂的偏振光入射至一号角锥棱镜2-1，并经一号角锥棱镜2-1反射回偏振分光镜1-1；

频率为v₁的偏振光入射至普通角反射镜1-2，经普通角反射镜1-2反射获得反射光，所述反射光经慢光材料6透射后入射至二号角锥棱镜2-2，经二号角锥棱镜2-2反射回慢光材料6，再次经慢光材料6透射后入射至普通角反射镜1-2，经普通角反射镜1-2反射至偏振分光镜1-1，并与经一号角锥棱镜2-1反射回来的偏振光在偏振分光镜1-1处会聚形成拍频的会聚光，所述会聚光入射至减偏器3，经减偏器3透射后入射至光电探测器4的光探测面。

本发明在光路中加入了慢光介质，增加了光程差，即增加了干涉条纹的数量，则相应的提高双频激光测角的灵敏度。具体原理如下：

光在空气介质中传播时光程为nl，n为空气中介质的折射率，l为光程，慢光是光在n极大物质中传输时产生的，此时n用n_s表示，则光程Δ_s＝n_sl。在图3中，在双角锥棱镜组2的上角锥棱镜处放上慢光介质，当件2有摆角θ时，光在慢光介质中光程将发生变化，设慢光介质厚度为d，则光程变化为：

即

因为θ²＜＜2，

所以Δ＝dn_慢θ²，

则灵敏度

由上式可以看出，采用慢光材料，光程变化增加2n_慢倍，对于测角灵敏度相当于提高了2n_慢倍。

具体实施方式二、本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于慢光材料的双频激光干涉仪的角度测量装置的区别在于，慢光材料6的折射率为5。

本实施方式的敏感度提高10倍，本实施方式适用于电磁感应透明技术和光谱烧孔技术。

具体实施方式三、采用具体实施方式一的基于慢光材料的双频激光干涉仪的角度测量方法，

将双角锥棱镜组2固定在被测物体上，使其与被测物体保持同步运动状态；

采用双频激光干涉仪发出双频激光入射至偏振分光镜1-1，然后采集光电探测器4接收到的光强信号，

根据公式：

$\mathrm{\θ}={\sin }^{-1}\frac{\mathrm{\Δ}}{R}={\sin }^{-1}\frac{\∫\mathrm{\Δvdt}}{R}$

计算获得双角锥棱镜组(2)的摆动角度，进而获得被测物体的摆动角度；

公式中，R为一号角锥棱镜(2-1)和二号角锥棱镜(2-2)的棱尖之间的距离；Δ＝dn_慢θ²，d为慢光介质沿光入射方向的厚度，n为空气中介质的折射率。

Claims (3)

1.基于慢光材料的双频激光干涉仪的角度测量装置，它包括双模块组件(1)、双角锥棱镜组(2)、减偏器(3)和光电探测器(4)，所述双模块组件(1)包括偏振分光镜(1-1)和普通角反射镜(1-2)，所述普通角反射镜(1-2)位于偏振分光镜(1-1)的上方；所述双角锥棱镜组(2)包括一号角锥棱镜(2-1)和二号角锥棱镜(2-2)；所述二号角锥棱镜(2-2)位于一号角锥棱镜(2-1)的上方；其特征是：它还包括慢光材料(6)，所述慢光材料(6)设置在二号角锥棱镜(2-2)的镜面前部；

双频激光干涉仪发出的双频激光入射至偏振分光镜(1-1)，经偏振分光镜(1-1)按偏振方向分为频率为v₁的偏振光和频率为v₂的偏振光，所述频率为v₂的偏振光入射至一号角锥棱镜(2-1)，并经一号角锥棱镜(2-1)反射回偏振分光镜(1-1)；

频率为v₁的偏振光入射至普通角反射镜(1-2)，经普通角反射镜(1-2)反射获得反射光，所述反射光经慢光材料(6)透射后入射至二号角锥棱镜(2-2)，经二号角锥棱镜(2-2)反射回慢光材料(6)，再次经慢光材料(6)透射后入射至普通角反射镜(1-2)，经普通角反射镜(1-2)反射至偏振分光镜(1-1)，并与经一号角锥棱镜(2-1)反射回来的偏振光在偏振分光镜(1-1)处会聚形成拍频的会聚光，所述会聚光入射至减偏器(3)，经减偏器(3)透射后入射至光电探测器(4)的光探测面。

2.根据权利要求1所述的基于慢光材料的双频激光干涉仪的角度测量装置，其特征在于慢光材料(6)的折射率为5。

3.采用权利要求1的基于慢光材料的双频激光干涉仪的角度测量方法，其特征是：

将双角锥棱镜组(2)固定在被测物体上，使其与被测物体保持同步运动状态；

采用双频激光干涉仪发出双频激光入射至偏振分光镜(1-1)，然后采集光电探测器(4)接收到的光强信号，

根据公式

$\mathrm{\θ}={\sin }^{-1}\frac{\mathrm{\Δ}}{R}={\sin }^{-1}\frac{\∫\mathrm{\Δvdt}}{R}$

计算获得双角锥棱镜组(2)的摆动角度，进而获得被测物体的摆动角度；

公式中，R为一号角锥棱镜(2-1)和二号角锥棱镜(2-2)的棱尖之间的距离；Δ＝dn_慢θ²，d为慢光介质沿光入射方向的厚度，n为空气中介质的折射率。

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