CN105300274A - 一种便于调节分光比的外差干涉测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的便于调节分光比的外差干涉测量系统，包括激光器、偏振分光棱镜和光电探测器，激光器的前端设置有声光移频器，经声光移频器产生的零级光作为测量光、一级衍射光作为参考光；测量光依次经偏振分光棱镜、1/4波片照射于被测物上，经反射的测量光透过1/4波片再经偏振分光棱镜的反射后照射于凸透镜上；参考光依次经反射镜的反射、1/2波片照射于凸透镜上。本发明的外差干涉测量系统，利用声光移频器产生的零级光和一级衍射光分别作为测量光和参考光，无需设置分束装置，可以方便地通过调节声光移频器驱动电路来改变分光比，使参考光与测量光的光强接近，获取较好的干涉效果，提高了测量精度，采用的光学件较少，有益效果显著。
Description
技术领域
本发明涉及激光干涉测量领域，具体涉及一种采用声光移频器来调节参考光与测量光的分光比的外差干涉测量系统。
背景技术
激光干涉测量由于具有非接触、高精度的优点，在工程实际中被广泛应用，尤其是在位移、速度测量及振动测量等领域。外差法是干涉测量的一种方法，它使参考光与测量光产生一定的频率差从而引入载波，干涉的被测信号就是通过这一载波来传递，被光电探测器接收。这一方法能够隔绝由于外界环境干扰而引起的直流电平漂移。外差干涉中一般采用分光棱镜作为分束装置，将激光器发出的激光分为参考光和测量光，由于参考光与测量光不共路,会有不同程度的衰减,尤其是经被测物反射后返回的测量光将严重衰减,为保证良好的干涉效果，需要对参考光和测量光的分光比进行调节，使探测器接收到的参考光和测量光的光强接近，以获取良好的干涉效果。分光比的调节一般是通过直接调整光路中的元件来实现的。对于高精度的外差干涉测量系统而言，测量过程中对光路元件的调节增加了测量难度，且难以保证系统的稳定性，影响测量精度。
现有中国专利文献CN201020134455公开了一种外差激光干涉仪光路，这种方法采用偏振分光器对激光器发出的激光进行分光，分为参考光和测量光，采用声光移频器对参考光进行调制，被调制的参考光和经被测物反射回来的测量光再经过另一个偏振分光器合束发生干涉后进入光电探测器。这种方法在调节分光比时需要旋转激光器或激光出射端元件以改变线偏振光的偏振方向，从而利用偏振分光器的特性来改变分光比，调节过程较复杂。且光路中使用了较多的光学件，导致光能利用率低，光路结构所占空间较大，光路稳定性较差。
发明内容
本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种便于调节分光比的外差干涉测量系统。
本发明的便于调节分光比的外差干涉测量系统，包括激光器、偏振分光棱镜和光电探测器，激光器用于发出线偏振光，光电探测器用于将光信号转化为电信号，光电探测器的前端设置有凸透镜；其特别之处在于：激光器的前端设置有对其发出的线偏振光进行声光作用的声光移频器，声光移频器连接有声光移频器驱动电路，线偏振光经声光移频器作用后，产生的零级光作为测量光，产生的一级衍射光作为参考光，声光移频器驱动电路通过控制声光移频器产生的声波的参数，来对偏振光所产生的零级光与一级衍射光的分光比进行控制；
激光器、声光移频器和偏振分光棱镜位于同一直线上，偏振分光棱镜与被测物之间设置有1/4波片，测量光依次经偏振分光棱镜、1/4波片照射于被测物上，经被测物反射的测量光透过1/4波片再经偏振分光棱镜的反射后照射于凸透镜上；光电探测器的前端设置有反射镜，反射镜与光电探测器之间设置有1/2波片，参考光依次经反射镜的反射、1/2波片的旋转后照射于凸透镜上；凸透镜将测量光和参考光汇聚于光电探测器表面并发生干涉，光电探测器将发生干涉的光信号转化为电信号，以实现被测物特性的测量。
本发明的便于调节分光比的外差干涉测量系统，所述1/2波片的光轴面的方向与参考光的偏振方向之间的夹角为45°，以实现对参考光90°的旋转；偏振分光棱镜处于最大限度地令测量光透过的方位，1/4波片的光轴面的方向与测量光的偏振方向之间的夹角为45°，以使经被测物反射回来的测量光再次透过1/4波片后会发生90°旋转，发生90°旋转的测量光不会通过偏振分光棱镜，而被其反射至凸透镜上。
本发明的便于调节分光比的外差干涉测量系统，测量的被测物的特性包括位移、速度和振动信息。
本发明的便于调节分光比的外差干涉测量系统，所述偏振分光棱镜由一对直角棱镜胶合而成，一个直角棱镜的斜面上度有金属介质膜，金属介质膜选择性地透过入射光的P偏振分量和S偏振分量；直角棱镜的光学表面上镀有宽带增透膜，以提高相应波长的透射率。
本发明的便于调节分光比的外差干涉测量系统，所述声光移频器为布拉格衍射声光调制器。
本发明的有益效果是：本发明的外差干涉测量系统，通过声光移频器对激光器发出的线偏振光的声光作用，利用产生的零级光和一级衍射光分别作为测量光和参考光，不再需要另外的分束装置分光，光路中采用较少的光学件，提高了激光的透过率和光能利用率，有利于测量光与参考光的干涉，使得对被测物的测量更精确。通过声光移频器外部驱动电路可以调节分光比，使光电探测器接收到的参考光和测量光的光强接近，以产生较好的干涉效果，同时避免了测量过程中需要调节光路元件的问题，更具有实用性。同时使整个系统具有更小、更轻、便更稳定的结构，使用更加方便。
附图说明
图1为本发明的外差干涉测量系统的结构示意图。
图中：1激光器，2声光移频器，3反射镜，41/2波片，51/4波片，6被测物，7声光移频器驱动电路，8凸透镜，9光电探测器，10偏振分光棱镜。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，给出了本发明的外差干涉测量系统的结构示意图，其包括激光器1、声光移频器2、声光移频器驱动电路7、偏振分光棱镜10、1/4波片5、反射镜3、1/2波片4、凸透镜8、光电探测器9；激光器1用于产生线偏振光，激光器1、声光移频器2、偏振分光棱镜10、1/4波片5位于同一直线上，线偏振光照射于声光移频器2上之后，经声光移频器2的声光作用后产生零级光和一级衍射光，零级光作为测量光，一级衍射光作为参考光。声光移频器驱动电路7可对声光移频器2产生的声波进行控制，以调节线偏振光所产生的零级光与一级衍射光的分光比，以获取测量光与参考光的良好干涉效果。
作为测量光的零级光依次透过偏振分光棱镜10和1/4波片5后，照射于被测物6上，偏振分光棱镜10按照可最大限度地透过测量光的形式固定，以使测量光的振动方向与偏振分光棱镜透射P偏振分量的振动方向一致，以保证较多的光透射。1/4波片5光轴面的方向与测量光的振动方向成45°夹角，测量光透过1/4波片5后，由线偏振光变为圆偏振光，圆偏振光照射于被测物6上，经被测物6反射后旋向反转，再次透过1/4波片5后发生90°旋转。发生90°旋转的测量光照射于偏振分光棱镜10上后，不会透过偏振分光棱镜10，而是被几乎完全反射至凸透镜8上。
反射镜3位于凸透镜8的上方，1/2波片4位于凸透镜8与反射镜3之间，反射镜3对作为参考光的一级衍射光进行反射，反射后的参考光透过1/2波片4后照射于凸透镜8上。1/2波片4按照其光轴面的方向与参考光的偏振方向为45°夹角的形式设置，这样，参考光透过1/2波片4后会发生90°旋转，以保持与测量光偏振方向的一致性，满足产生干涉的条件。
经偏振分光棱镜10发生的测量光、透过1/2波片4的参考光均照射于凸透镜8上，凸透镜8将测量光、参考光汇聚于光电探测器9的表面，在光电探测器9表面汇聚的测量光与参考光发生干涉，通过声光移频器驱动电路可以控制声光移频器2的衍射效率,进而改变参考光与测量光的分光比，使光电探测器9接收到的参考光和测量光的光强接近，以产生较好的干涉效果。由于被测物6的运动特性（如位移、速度、振动等）会影响照射于凸透镜8上的测量光的频率，进而影响与参考光的干涉效果，最终会影响光电探测器转化的电信号，通过对电信号的采集和测量，实现对被测物6特性的测量。
偏振分光棱镜10由一对直角棱镜胶合而成，一个直角棱镜的斜面上度有金属介质膜，金属介质膜选择性地透过入射光的P偏振分量和S偏振分量；直角棱镜的光学表面上镀有宽带增透膜，以提高相应波长的透射率。声光移频器2为布拉格衍射声光调制器。
Claims (5)
1.一种便于调节分光比的外差干涉测量系统，包括激光器（1）、偏振分光棱镜（10）和光电探测器（9），激光器用于发出线偏振光，光电探测器用于将光信号转化为电信号，光电探测器的前端设置有凸透镜；其特征在于：激光器的前端设置有对其发出的线偏振光进行声光作用的声光移频器（2），声光移频器连接有声光移频器驱动电路，线偏振光经声光移频器作用后，产生的零级光作为测量光，产生的一级衍射光作为参考光，声光移频器驱动电路通过控制声光移频器产生的声波的参数，来对偏振光所产生的零级光与一级衍射光的分光比进行控制；
激光器、声光移频器和偏振分光棱镜位于同一直线上，偏振分光棱镜与被测物（6）之间设置有1/4波片（5），测量光依次经偏振分光棱镜、1/4波片照射于被测物上，经被测物反射的测量光透过1/4波片再经偏振分光棱镜的反射后照射于凸透镜（8）上；光电探测器的前端设置有反射镜（3），反射镜与光电探测器之间设置有1/2波片（4），参考光依次经反射镜的反射、1/2波片的旋转后照射于凸透镜上；凸透镜将测量光和参考光汇聚于光电探测器表面并发生干涉，光电探测器将发生干涉的光信号转化为电信号，以实现被测物特性的测量。
2.根据权利要求1所述的便于调节分光比的外差干涉测量系统，其特征在于：所述1/2波片（4）的光轴面的方向与参考光的偏振方向之间的夹角为45°，以实现对参考光90°的旋转；偏振分光棱镜（10）处于最大限度地令测量光透过的方位，1/4波片的光轴面的方向与测量光的偏振方向之间的夹角为45°，以使经被测物（6）反射回来的测量光再次透过1/4波片后会发生90°旋转，发生90°旋转的测量光不会通过偏振分光棱镜，而被其反射至凸透镜（8）上。
3.根据权利要求1或2所述的便于调节分光比的外差干涉测量系统，其特征在于：测量的被测物的特性包括位移、速度和振动信息。
4.根据权利要求1或2所述的便于调节分光比的外差干涉测量系统，其特征在于：所述偏振分光棱镜（10）由一对直角棱镜胶合而成，一个直角棱镜的斜面上度有金属介质膜，金属介质膜选择性地透过入射光的P偏振分量和S偏振分量；直角棱镜的光学表面上镀有宽带增透膜，以提高相应波长的透射率。
5.根据权利要求1或2所述的便于调节分光比的外差干涉测量系统，其特征在于：所述声光移频器（2）为布拉格衍射声光调制器；声光移频器驱动电路通过控制声光移频器的衍射效率来改变参考光与测量光的分光比，使光电探测器（9）接收到的参考光和测量光的光强接近，以产生较好的干涉效果。
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