CN106767428B - 基于全息共轭光补偿空气扰动的激光准直、位移测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光准直系统，包括：激光输出单元，用于输出激光；第一分光镜，用于对激光输出单元输出的激光进行反射及透射，形成第一反射光及第一透射光；第二分光镜，用于对所述第一透射光进一步分光，再次形成第二反射光及第二透射光，所述第二透射光为信息光，用于入射到待测目标并采集位相信息；共轭光发生组件，设置于从第一反射光的传播光路上，用于输出信息光的共轭光作为测量光；光电探测器，设置于被所述第二分光镜反射的测量光的光路上，用于探测被第二反射镜反射的测量光并转换为电信号。本发明进一步提供一种位移测量系统。本发明提供的激光准直系统及位移测量系统能够有效减少空气扰动的影响。

Description

基于全息共轭光补偿空气扰动的激光准直、位移测量系统

技术领域

本发明涉及一种激光准直系统以及位移测量系统，特别是基于全息共轭光补偿空气扰动的激光准直系统以及干涉位移测量系统，属于精密测量领域。

背景技术

激光由于它的方向性好，一出现就被用于准直测量，但是由于激光器造成的光束漂移，特别是光束传播过程中空气扰动使发射的光束不能形成一条稳定的直线，这就大大影响了准直的精度。目前，对于光束漂移，已有方法解决，但对空气扰动造成的影响，仍没有彻底解决的方法，这就大大影响了激光准直测量的精度，特别是在工作现场大尺寸的准直测量，例如大型机械的装配，船舶制造中的应用场合。

另一方面，自从以激光双频干涉仪为代表的交流干涉测量出现后，大大推广了干涉测量的应用，但空气折射率(空气扰动)变化对精度的影响，始终是主要因素，尽管有各种空气折射率的补偿方法在实际中应用。但对于大尺寸测量特别是在现场工作条件下的测量，这些补偿方法仅能部分补偿，这就大大限制了干涉测长的应用。

因此，在利用激光进行测量的过程中，如何减少或避免空气扰动的影响，成为制约激光在测量中应用的重要因素。

发明内容

综上所述，确有必要提供一种能够减少或避免空气扰动的影响的激光准直系统及位移测量系统。

一种激光准直系统，其中，所述激光准直系统包括：

激光输出单元，用于输出激光；

第一分光镜，设置于从所述激光输出单元输出激光的光路上，用于对激光输出单元输出的激光进行反射及透射，形成第一反射光及第一透射光；

第二分光镜，设置于所述第一透射光的传播光路上，用于对所述第一透射光进一步分光，再次形成第二反射光及第二透射光，所述第二透射光为信息光，用于入射到待测目标并采集位相信息；

共轭光发生组件，设置于从第一反射光的传播光路上，用于接收被待测目标反射的所述信息光，并输出所述信息光的全息共轭光，作为测量光，用于对待测目标进行测量，所述测量光沿信息光的入射光路返回待测目标，经过待测目标反射后返回到所述第二分光镜；

光电探测器，设置于被所述第二分光镜反射的测量光的光路上，用于探测被第二反射镜反射的测量光并转换为电信号。

在一个实施例中，所述共轭光发生组件包括：

第三分光镜，设置于第一反射光的光路上，用于将所述第一反射光再次进行反射和透射，形成第三反射光及第三透射光，所述第三透射光作为参考光；

电荷耦合元件，用于接收所述参考光及所述信息光并获取全息干涉图像，并将全息干涉图像转换为电信号，并且入射到所述电荷耦合元件的参考光与第三反射光的传播方向相反；

液晶阵列，设置于第三反射光的光路上，与所述电荷耦合元件电连接，用于接收到所述电信号并形成全息图案，所述第三反射光经过液晶阵列衍射后出射形成所述测量光，且所述测量光入射到待测目标，经过待测目标反射后，沿所述信息光入射到待测目标的光路逆向返回，再次入射到所述第二分光镜；

第一反射镜组，设置于参考光的光路上，用于将参考光反射进所述电荷耦合器件，以使进入电荷耦合器件时的参考光的传播方向与入射到液晶阵列的第三反射光的传播方向相反；

第二反射镜组，设置于经过待测目标反射后的信息光的光路上，用于将信息光反射进所述电荷耦合元件，以使所述信息光与所述参考光干涉形成全息干涉图像。

在一个实施例中，所述第一反射镜组包括第一反射镜及第二反射镜，所述第一反射镜及第二反射镜依次设置于所述参考光的光路上，用于对参考光进行反射，使入射到电荷耦合元件的参考光与所述第三反射光的传播方向相反。

在一个实施例中，所述第二反射镜组包括第三反射镜及第四反射镜，所述第三反射镜及第四反射镜依次设置于从待测目标反射的信息光的光路上，用于将所述信息光反射进所述电荷耦合元件。

在一个实施例中，进一步包括激光扩束准直单元，所述激光扩束准直单元设置于激光输出单元与第一分光镜之间，用于对激光输出单元输出的激光进行扩束准直。

在一个实施例中，经过液晶阵列衍射后出射形成测量光的传播方向平行于所述信息光的传播方向。

一种激光准直系统，其中，所述激光准直系统包括：

激光输出单元，所述激光输出单元输出第一激光及第二激光，所述第一激光与第二激光的波长相等；

第一分光镜，设置于所述第一激光的传播光路上，用于对第一激光进行反射及透射，形成第一反射光及第一透射光，所述第一反射光为参考光；

第二分光镜，设置于所述第一透射光的传播光路上，用于对所述第一透射光进一步分光，再次形成第二反射光及第二透射光，所述第二透射光为信息光，用于入射到待测目标并采集位相信息；

共轭光发生组件，用于接收第二激光、参考光及信息光，并输出信息光的全息共轭光，所述共轭光发生组件包括：

电荷耦合元件，用于接收参考光及信息光，以获取全息干涉图像，并将全息干涉图像转换为电信号，且所述入射到电荷耦合元件的参考光的传播方向与所述第二激光的传播方向相反；

液晶阵列，设置于第二激光的光路上，用于接收所述电信号并形成全息图案，所述第二激光经过液晶阵列衍射后出射形成测量光，且所述测量光入射到待测目标且经过待测目标反射后，沿所述信息光入射到待测目标的光路逆向返回，再次入射到所述第二分光镜；

第一反射镜组，设置于从第一分光镜出射的参考光的光路上，用于将参考光反射进所述电荷耦合器件，使进入电荷耦合器件时的参考光的传播方向与第二激光的传播方向相反；

第二反射镜组，设置于经过待测目标反射后的信息光的光路上，用于将信息光反射进所述电荷耦合元件，所述信息光与所述参考光干涉形成全息干涉图像；

光电探测器，设置于被所述第二分光镜反射的测量光的光路上，用于探测被第二反射镜反射的测量光并转换为电信号。

在一个实施例中，所述共轭光发生组件进一步包括反射镜设置于所述第二激光的光路上，用于对第二激光进行反射，使入射到液晶阵列的第二激光的传播方向与入射到电荷耦合元件的参考光的传播方向相反。

在一个实施例中，所述激光输出单元包括第一激光器和第二激光器，从第一激光器及第二激光器出射的所述第一激光与第二激光平行且同向传播，所述第二激光经过反射镜反射后入射到液晶阵列。

一种基于激光干涉的位移测量系统，其中，所述位移测量系统包括：

激光输出单元，用于输出激光；

第一分光镜，设置于从所述激光输出单元输出激光的光路上，用于对激光输出单元输出的激光进行反射及透射，形成第一反射光及第一透射光；

第二分光镜，设置于所述第一透射光的传播光路上，用于对所述第一透射光进一步分光，再次形成第二反射光及第二透射光，所述第二透射光为信息光，用于入射到待测目标并采集位相信息；

反射镜，设置于从第二分光镜出射的反射光的光路上，用于对第二反射光再次进行反射，使所述第二反射光返回并再次透过第二分光镜；

共轭光发生组件，设置于第一反射光的传播光路上，用于输出信息光的全息共轭光，所述共轭光发生组件包括：

第三分光镜，设置于第一反射光的光路上，用于将所述第一反射光再次进行反射和透射，形成第三反射光及第三透射光，所述第三透射光作为参考光；

电荷耦合元件，用于接收所述参考光及所述信息光并获取全息干涉图像，并将全息干涉图像转换为电信号，并且入射到所述电荷耦合元件的参考光与第三反射光的传播方向相反；

液晶阵列，设置于第三反射光的光路上，用于接收到所述电信号并形成全息图案，所述第三反射光经过液晶阵列衍射后出射形成测量光，且所述测量光入射到待测目标，经过待测目标反射后，沿所述信息光入射到待测目标的光路逆向返回，再次入射到所述第二分光镜；

第一反射镜组，设置于参考光的光路上，用于将参考光反射进所述电荷耦合器件，以使进入电荷耦合器件时的参考光的传播方向与入射到液晶阵列的第三反射光的传播方向相反；

第二反射镜组，设置于经过待测目标反射后的信息光的光路上，用于将信息光反射进所述电荷耦合元件，以使所述信息光与所述参考光干涉形成全息干涉图像；

光电探测器，设置于被所述第二分光镜反射的测量光的光路上，用于探测被第二反射镜反射的测量光以及从所述第二分光镜透射的第二反射光并转换为电信号。

一种基于干涉的位移测量系统，其中，所述位移测量系统适用于双频干涉仪，所述位移测量系统包括：

激光输出单元，用于输出激光；

第一分光镜，设置于从所述激光输出单元输出激光的光路上，用于对激光输出单元输出的激光进行反射及透射，形成第一反射光及第一透射光；

第二分光镜，所述第二分光镜为偏振分光镜，设置于所述第一透射光的传播光路上，用于将第一透射光分为第一偏振光及第二偏振光，所述第一偏振光为信息光，用于入射到待测目标并采集位相信息；

反射镜，设置于从偏振分光镜出射的第二偏振光的光路上，用于对第二反射光再次进行反射，使所述第二反射光沿第二偏振光的入射光路返回偏振分光镜；

偏振片，设置于第一反射光的传播光路上，用于将第一反射光进行起偏，使第一反射光形成偏振光，且所述第一反射光的偏振方向与作为信息光的第一偏振光的偏振方向相同；

共轭光发生组件，设置于第一反射光的传播光路上，用于输出信息光的全息共轭光，所述共轭光发生组件包括：

第三分光镜，设置于第一反射光的光路上，用于将所述第一反射光再次进行反射和透射，形成第三反射光及第三透射光，所述第三透射光作为参考光；

电荷耦合元件，用于接收所述参考光及所述信息光并获取全息干涉图像，并将全息干涉图像转换为电信号，并且入射到所述电荷耦合元件的参考光与第三反射光的传播方向相反；

液晶阵列，设置于第三反射光的光路上，用于接收到所述电信号并形成全息图案，所述第三反射光经过液晶阵列衍射后出射形成测量光，且所述测量光入射到待测目标，经过待测目标反射后，沿所述信息光入射到待测目标的光路逆向返回，并与所述第二偏振光进行干涉形成干涉光；

第一反射镜组，设置于参考光的光路上，用于将参考光反射进所述电荷耦合器件，以使进入电荷耦合器件时的参考光的传播方向与入射到液晶阵列的第三反射光的传播方向相反；

第二反射镜组，设置于经过待测目标反射后的信息光的光路上，用于将信息光反射进所述电荷耦合元件，以使所述信息光与所述参考光干涉形成全息干涉图像；

第四分光镜，用于对测量光以及从第二分光镜返回的第二偏振光进行反射；

光电探测器，设置于从第四分光镜分光的光路上，用于获取测量光及第二偏振光并转换为电信号。

本发明提供的激光准直系统及位移测量系统，利用电荷耦合元件和液晶阵列相组合的光电方法形成的共轭光发生组件，以产生包含有空气扰动信息的信息光的全息共轭光作为测量光，测量光带着全部空气扰动的位相，利用反向传播补偿能够减少或避免空气扰动对测量过程的影响，做到测量中实时、全光程补偿。

附图说明

图1为共轭光与原始光的传播示意图；

图2为信息光与参考光形成全息相共轭的示意图；

图3为相共轭光补偿原理的示意图；

图4为本发明实施例提供的激光准直系统的结构示意图；

图5为图1中待测目标横向移动ΔX与光电探测器所探测到的位移之间的关系示意图；

图6为本发明另一实施例提供的激光准直系统的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的位移测量系统的结构示意图；

图8为本发明另一实施例提供的位移测量系统的结构示意图；

图9为本发明另一实施例提供的位移测量系统的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明提供的激光准直系统及位移测量系统。

为方便描述及理解，本发明先对共轭光原理进行说明。

(1)光传播的方式：

E(r,t)＝E(r)cos(wt-kz)＝E(r)exp{-i(wt-kz)}；

其中E(r)是复振幅，是相幅矢量，即同时表示光的位相和振幅的值。

λ是光的波长，z是光传播方向的距离，复振幅E(r)包含了光波在空间结构的全部信息，有：

这里a(r)表示光的幅值，表示光的位相。

(2)光的相共轭光：

Ec(r,t)＝E^*(r)exp{-i(wt-kz)；

其复振幅为：

因此，共轭光与原始光的光频率相同，相位分布相同，但传播方向相反，如图1。

(3)全息共轭光的产生：

光学全息其记录的是代表了二束光干涉条纹，既反映了光的位相也反映了光的振幅，即光在空间的全部信息，故曰全息。

其光强可表示为：I²＝(O+R)²＝O²+R²+RO^*+OR^*；

其中O为信息光，携带了物体(即空气扰动)的全部信息，R为参考光，携带了输出的激光的全部信息，通常是平面波或球面波。

式中1,2项是O光与R光的光强，第3,4项代表了二光束的干涉项，对本发明来说，第3项是需要的，因为这里包含了O^*，为O光的共轭光，如图2。

(4)全息共轭光的补偿原理

如图3，一支平面单色波1,经过空气扰动区后成相位畸变的波前2,此波前经相共轭发生形成方向相反，但相位畸变相同的波前3,再一次经空气扰动区后得到补偿形成与光波1传播方向相反的平面波。

其表达式为如下

S是波前4的光振幅，已经没有了的影响。

以下将对本发明实施例提供的激光准直系统及位移测量系统进行阐述。

请参阅图4，本发明实施例提供的激光准直系统100，包括激光输出单元10，激光扩束准直单元20，第一分光镜M₁、第二分光镜M₇、共轭光发生系统30以及光电探测器40。所述激光输出单元10用于输出激光；所述激光扩束准直单元20用于对输出的激光进行扩束并准直；所述第一分光镜M₁及第二分光镜M₇分别用于对激光进行分光，形成反射光及透射光，以获得参考光及信息光；所述共轭光发生系统30用于获取激光输出单元10输出的激光并输出信息光的全息共轭光；所述光电探测器40用于将入射的激光转换为电信号，以用于准直。

具体的，所述激光输出单元10为单模激光器L，用于输出单模激光，所述单模激光器L输出的激光可为单纵模。激光器L类型可以是气体激光器、半导体激光器或固体激光器等。本实施例中，所述激光器为氦氖激光器，所述增益管内充满He-Ne气体。

所述扩束准直装置20可包括第一透镜21及第二透镜22，用于对激光输出单元10输出的单模激光进行扩束并准直，以提高测量精准度。所述扩束准直装置20的扩大倍数可为2倍至3倍，可以根据需要进行选择。可以理解，所述扩束准直装置20为可选装置，当所述激光输出单元10输出的激光满足测量要求时，也可省略所述扩束准直装置20。

所述第一分光镜M₁设置于从激光输出单元10出射的激光的光路上，进一步，所述第一分光镜M₁设置于从所述扩束准直装置20出射的激光的光路上。所述第一分光镜M₁用于对激光输出单元输出激光的光路上，用于对激光输出单元10输出的激光进行反射及透射，形成第一反射光L_M1R及第一透射光L_M1T。本实施例中，第一反射光L_M1R及第一透射光L_M1T相互垂直。

所述第二分光镜M₇设置于从所述第一分光镜_M1出射的第一透射光L_M1T的光路上，用于对所述第一透射光L_M1T进一步分光，再次形成第二反射光及第二透射光，所述第二透射光作为信息光L_I。本实施例中，所述第二反射光与所述第二透射光相互垂直。所述信息光L_I用于入射到待测目标并采集位相信息。具体的，所述信息光L_I在传播过程中包含了传播空间的全部位相信息，即包括空气扰动。进一步，可将角锥棱镜C设置于所述待测目标上，以对信息光L_I进行反射，以提高反射效率，利于测量。所述信息光L_I经过角锥棱镜C反射后，可沿原方向返回。

所述共轭光发生组件30用于产生所述信息光L_I的全息共轭光L_I ^*，具体的，所述共轭发生系统可包括第三分光镜M₂、电荷耦合元件CCD、液晶阵列LC、第一反射镜组31及第二反射镜组32。所述第三分光镜M₂设置于第一反射光L_M1R的光路上，用于将所述第一反射光L_M1R再次进行分光，形成第三反射光L_M2R及第三透射光L_M2T，所述第三透射光L_M2T作为参考光，以与所述信息光L_I干涉形成全息图像。

所述电荷耦合元件CCD用于接收所述参考光L_M2T以及信息光L_I，并记录全息干涉图像，同时，所述电荷耦合元件CCD将所述全息干涉图像转换为电信号，并将所述电信号传输给所述液晶阵列LC，用于控制液晶阵列LC形成全息图案。

所述液晶阵列LC设置于第三反射光L_M2R的光路上，且与所述电荷耦合元件CCD电连接。所述液晶阵列LC在接收到所述电荷耦合元件CCD传输的电信号后，在所述电信号的控制之下形成全息图案。所述第三反射光L_M2R入射到所述液晶阵列LC之后，经过液晶阵列LC的衍射后出射，形成测量光L_M。所述测量光L_M即为信息光L_I的全息共轭光，且所述测量光L_M的出射方向平行于入射到电荷耦合元件CCD的信息光L_I。进一步，所述测量光L_M平行于所述第一透射光L_M1T。另外，入射到液晶阵列的所述第三反射光L_M2R与所述入射到电荷耦合元件CCD的参考光的传播方向相反。

进一步，所述测量光L_M沿着信息光L_I入射到共轭光发生组件30的光路反向入射到所述待测目标或待测目标上的角锥棱镜C，并且经过待测目标或角锥棱镜C反射后，沿信息光L_I入射到待测目标或角锥棱镜C的光路反向传播，并经过第二分光镜M₇反射后，入射到所述光电探测器40。

所述第一反射镜组31设置于从第三分光镜M₂出射的参考光的光路上，用于对参考光进行反射，以使进入电荷耦合器件CCD时的参考光的传播方向，与入射到液晶阵列LC的第三反射光L_M2R的传播方向相反，从而使所述第三反射光L_M2R入射到液晶阵列LC之后，能够产生信息光L_I的共轭光。本实施例中，所述第一反射镜组31包括第一反射镜M₃及第二反射镜M₄，设置于参考光的光路上，所述参考光依此经过第一反射镜M₃及第二反射镜M₄反射后，入射到所述电荷耦合元件CCD中。

所述第二反射镜组32设置于经过待测目标或角锥棱镜反射的信息光L_I的光路上，用于将信息光L_I反射进入所述电荷耦合器件CCD中，以与所述参考光形成全息图像。本实施例中，所述第二反射镜组32包括第三反射镜M₆以及第四反射镜M₅，设置于所述信息光L_I的光路上。所述信息光L_I依次经过第三反射镜M₆及第四反射镜M₅反射后，入射到所述电荷耦合器件CCD中，以与所属信息光形成全息图像。

所述光电探测器40设置于从所述第二分光镜M₇反射的测量光的光路上，用于探测测量光的光强，并转换为电信号，以对待测目标进行准直。

所述激光准直系统在应用时100，单频激光器产生的单频激光经扩束准直，且经过第一分光镜分光后，透射光经M₁，M₇至C，其反向传播经M₆，M₅至电荷耦合元件CCD，这一路光作为信息光，它携带了此一传播空间的全部位相信息，包括空气扰动；反射光由M₁经M₂，M₃，M₄进入电荷耦合元件CCD，作为参考光；信息光和参考光干涉产生全息记录在CCD上，经由电路，实时传到LC上，形成全息图案。另外，经过通过M₂反射的部分激光其方向与参考光相反(即它的共轭光)照射到LC上，即衍射产生与信息光传播方向相反的共轭光，经过同样的路程，经M₇反射至D。因此共轭光实际上补偿了准直路程中的全部空气扰动，而只保留了因角锥棱镜的横向移动ΔX所造成的物理量，即所要测量的ΔX，如图5，在探测器D处，测量到的物理量是2ΔX。

本实施例提供的激光准直系统，利用电荷耦合元件和液晶阵列相组合的光电方法形成的共轭光发生组件，以产生包含有空气扰动信息的信息光的共轭光作为测量光，测量光带着全部空气扰动的位相，利用反向传播补偿能够减少或避免空气扰动对测量过程的影响，做到测量中实时、全光程补偿，特别对大尺寸测量能大大提高测量精度。

请一并参阅图6，本发明另一实施例提供的激光准直系统200，包括激光输出单元10，激光扩束准直单元20，第一分光镜M₁、第二分光镜M₇、共轭光发生系统30以及光电探测器40。所述激光输出单元10用于输出激光；所述激光扩束准直单元20用于对输出的激光进行扩束并准直；所述第一分光镜M₁及第二分光镜M₇分别用于对激光进行分光，形成反射光及透射光，以获得参考光及信息光；所述共轭光发生系统30用于获取激光输出单元10输出的激光并输出信息光的共轭光；所述光电探测器40用于将入射的激光转换为电信号，以用于准直。

本发明实施例提供的激光准直系统200与激光准直100结构基本相同，其不同在于，所述激光输出单元10输出两束同波长的激光，分别用于产生信息光及测量光，以提高测量过程中的光强，以使所述激光准直系统能够用于工作条件较差的现场环境。

具体的，所述激光输出单元10可包括第一激光器L₁及第二激光器L₂，用于输出第一激光及第二激光，所述第一激光及第二激光具有相同的波长。所述第一激光经过第一分光镜M₁分光后，形成透射光及反射光，所述透射光可用于产生信息光，所述反射光用于形成参考光。参考光经过M₃和M₄之后，进入电荷耦合元件CCD；所述信息光经过待测目标反射，并经过M6和M5之后，进入电荷耦合元件CCD，与所述参考光干涉。

所述第二激光用于入射到液晶阵列LC中，以产生全息共轭光作为测量光，且入射到液晶阵列LC的第二激光与入射到电荷耦合元件CCD时的参考光的传播方向相反。进一步，所述第二激光可平行于所述第一激光，所述第二激光可通过反射镜M₂反射后，入射到所述电荷耦合元件CCD。所述反射镜M₂可为全反镜，以提高产生的全息共轭光的强度，利于后续测量。

本实施例中，通过两束同波长的激光，其中一束激光用于形成测量光，另一束用于形成信息光及参考光，能够提高光路中的激光的光强，从而能够更好的适用于工作条件差及远距离测量的现场环境。

请一并参阅图7，本发明实施例提供一种干涉位移测量系统300，所述位移测量系统300包括激光输出单元10，激光扩束准直单元20，第一分光镜M₁、第二分光镜M₇、反射镜M₈、共轭光发生系统30以及光电探测器40。

本实施例提供的位移测量系统300与激光准直系统100结构基本相同，其不同在于，所述位移测量系统300进一步包括反射镜M₈，用于对第二分光镜M₇反射的第二反射光再次进行反射，使其原路返回至第二分光镜M₇，经过第二分光镜M₇透射后，与所述第二分光镜M₇反射的测量光产生干涉，进入光电探测器40。所述光电探测器40接收到产生的干涉光之后，转换为电信号。

当待测目标C在沿着激光输出单元输出的激光的方向即Z方向移动时，所述光电探测器40探测到干涉条纹发生变化，通过对干涉条纹进行分析获得待测目标C在Z方向的位移。

本实施例提供的位移测量系统，利用电荷耦合元件和液晶阵列相组合的光电方法形成的共轭光发生组件，以产生包含有空气扰动信息的信息光的共轭光作为测量光，测量光带着全部空气扰动的位相，利用反向传播补偿能够减少或避免空气扰动对测量过程的影响，做到测量中实时、全光程补偿，特别对大尺寸测量及在工作条件差的环境下测量能大大提高测量精度。

请一并参阅图8，本发明另一实施例提供的干涉位移测量系统400，包括激光输出单元10，激光扩束准直单元20，第一分光镜M₁、第二分光镜M₇、共轭光发生系统30以及光电探测器40。所述激光输出单元10用于输出激光；所述激光扩束准直单元20用于对输出的激光进行扩束并准直；所述第一分光镜M₁及第二分光镜M₇分别用于对激光进行分光，形成反射光及透射光，以获得参考光及信息光；所述共轭光发生系统30用于获取激光输出单元10输出的激光并输出信息光的全息共轭光；所述光电探测器40用于将入射的激光转换为电信号，以用于测量位移。

本发明实施例提供的干涉位移测量系统400与激光准直系统200结构基本相同，其不同在于，进一步包括反射镜M₈，设置于从第二分光镜M₇反射的激光的光路上，用于对第二分光镜M₇反射的第二反射光再次进行反射，使其原路返回至第二分光镜M₇，经过第二分光镜M₇透射后，与所述第二分光镜M₇反射的测量光产生干涉，进入光电探测器40。所述光电探测器40接收到产生的干涉光之后，转换为电信号。所述反射镜M₈的设置位置以及与第二分光镜M₇的位置关系、光学关系与位移测量系统300中的相同，在此不再赘述。

本实施例所述位移测量系统，通过两束同波长的激光，其中一束激光用于形成测量光，另一束用于形成信息光及参考光，能够提高光路中的激光的光强，从而能够更好的适用于工作条件差及远距离测量的现场环境。

请一并参阅图9，本发明另一个实施例进一步提供一种干涉位移测量系统500，所述位移测量系统300包括激光输出单元10，激光扩束准直单元20，第一分光镜M₁、第二分光镜M₇、反射镜M₈、第四分光镜M₉、偏振片M_p、共轭光发生系统30以及光电探测器40。

本发明实施例提供的干涉位移测量系统500与干涉位移测量系统300结构基本相同，其不同在于，所述第二分光镜M₇为偏振分光镜，且进一步包括第四分光镜M₉以及偏振片M_P。

具体的，所述第二分光镜M₇将经过第一分光镜M₁分光后的第一透射光M_1T按偏振方向分为第一偏振光f₁及第二偏振光光f₂，该第一偏振光f₁及第二偏振光光f₂可分别为水平偏振光及垂直偏振光。本实施例中，所述第一偏振光f₁为从第二分光镜M₇透射的水平偏振光，作为信息光L_I；所述第二偏振光f₂为从第二分光镜M₇反射的垂直偏振光，该垂直偏振光经过反射镜M₈再次反射后，沿入射到反射镜M₈的光路返回进入第二分光镜M₇。

所述偏振片M_P设置于从第一分光镜M₁反射后出射的第一反射光L_M1R的光路上，用于将第一反射光L_M1R起偏，使第一反射光L_M1R形成偏振光。进一步，所述第一反射光L_M1R的偏振方向与从第二分光镜M₇出射的信息光L的偏振方向相同，可同为水平偏振光。所述偏振片M_P设置于第一分光镜M₁与第三分光镜M₂之间，即从第三分光镜M₂出射的透射光及反射光均为水平偏振光。从共轭光发生组件30出射的测量光L_M，经过待测目标或角锥棱镜C反射后，可与经过反射镜M₈反射的光在双频干涉仪中产生干涉。

所述第四分光镜M₉设置于第一分光镜M₁与第二分光镜M₇之间，用于对经过待测目标或设置于待测目标中的角锥棱镜C反射后的测量光M，以及经过M₈反射后从第二分光镜M₇出射的第二偏振光进行反射，以使测量光M及第二偏振光进入光电探测器40。所述光电探测器40为双频干涉仪，所述双频干涉仪中的光电接收系统接收测量光M，以及从第二分光镜M₇返回的第二偏振光，并转换为电信号，以获得位移量。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种激光准直系统，其特征在于，所述激光准直系统包括：

激光输出单元，用于输出激光；

第一分光镜，设置于从所述激光输出单元输出激光的光路上，用于对激光输出单元输出的激光进行反射及透射，形成第一反射光及第一透射光；

第二分光镜，设置于所述第一透射光的传播光路上，用于对所述第一透射光进一步分光，再次形成第二反射光及第二透射光，所述第二透射光为信息光，用于入射到待测目标并采集位相信息；

共轭光发生组件，设置于从第一反射光的传播光路上，用于接收被待测目标反射的所述信息光，并输出所述信息光的全息共轭光，作为测量光，用于对待测目标进行测量，所述测量光沿信息光的入射光路返回待测目标，经过待测目标反射后返回到所述第二分光镜；

光电探测器，设置于被所述第二分光镜反射的测量光的光路上，用于探测被第二反射镜反射的测量光并转换为电信号；

其中，所述共轭光发生组件包括：

第三分光镜，设置于第一反射光的光路上，用于将所述第一反射光再次进行反射和透射，形成第三反射光及第三透射光，所述第三透射光作为参考光；

电荷耦合元件，用于接收所述参考光及所述信息光并获取全息干涉图像，并将全息干涉图像转换为电信号，并且入射到所述电荷耦合元件的参考光与第三反射光的传播方向相反；

液晶阵列，设置于第三反射光的光路上，与所述电荷耦合元件电连接，用于接收到所述电信号并形成全息图案，所述第三反射光经过液晶阵列衍射后出射形成所述测量光，且所述测量光入射到待测目标，经过待测目标反射后，沿所述信息光入射到待测目标的光路逆向返回，再次入射到所述第二分光镜；

第一反射镜组，设置于参考光的光路上，用于将参考光反射进所述电荷耦合器件，以使进入电荷耦合器件时的参考光的传播方向与入射到液晶阵列的第三反射光的传播方向相反；

第二反射镜组，设置于经过待测目标反射后的信息光的光路上，用于将信息光反射进所述电荷耦合元件，以使所述信息光与所述参考光干涉形成全息干涉图像。

2.根据权利要求1所述的激光准直系统，其特征在于，所述第一反射镜组包括第一反射镜及第二反射镜，所述第一反射镜及第二反射镜依次设置于所述参考光的光路上，用于对参考光进行反射，使入射到电荷耦合元件的参考光与所述第三反射光的传播方向相反。

3.根据权利要求1所述的激光准直系统，其特征在于，所述第二反射镜组包括第三反射镜及第四反射镜，所述第三反射镜及第四反射镜依次设置于从待测目标反射的信息光的光路上，用于将所述信息光反射进所述电荷耦合元件。

4.根据权利要求1所述的激光准直系统，其特征在于，进一步包括激光扩束准直单元，所述激光扩束准直单元设置于激光输出单元与第一分光镜之间，用于对激光输出单元输出的激光进行扩束准直。

5.根据权利要求1所述的激光准直系统，其特征在于，经过液晶阵列衍射后出射形成测量光的传播方向平行于所述信息光的传播方向。

6.一种激光准直系统，其特征在于，所述激光准直系统包括：

激光输出单元，所述激光输出单元输出第一激光及第二激光，所述第一激光与第二激光的波长相等；

第一分光镜，设置于所述第一激光的传播光路上，用于对第一激光进行反射及透射，形成第一反射光及第一透射光，所述第一反射光为参考光；

第二分光镜，设置于所述第一透射光的传播光路上，用于对所述第一透射光进一步分光，再次形成第二反射光及第二透射光，所述第二透射光为信息光，用于入射到待测目标并采集位相信息；

共轭光发生组件，用于接收第二激光、参考光及信息光，并输出信息光的全息共轭光，所述共轭光发生组件包括：

电荷耦合元件，用于接收参考光及信息光，以获取全息干涉图像，并将全息干涉图像转换为电信号，且所述入射到电荷耦合元件的参考光的传播方向与所述第二激光的传播方向相反；

液晶阵列，设置于第二激光的光路上，用于接收所述电信号并形成全息图案，所述第二激光经过液晶阵列衍射后出射形成测量光，且所述测量光入射到待测目标且经过待测目标反射后，沿所述信息光入射到待测目标的光路逆向返回，再次入射到所述第二分光镜；

第一反射镜组，设置于从第一分光镜出射的参考光的光路上，用于将参考光反射进所述电荷耦合器件，使进入电荷耦合器件时的参考光的传播方向与第二激光的传播方向相反；

第二反射镜组，设置于经过待测目标反射后的信息光的光路上，用于将信息光反射进所述电荷耦合元件，所述信息光与所述参考光干涉形成全息干涉图像；

光电探测器，设置于被所述第二分光镜反射的测量光的光路上，用于探测被第二反射镜反射的测量光并转换为电信号。

7.根据权利要求6所述的激光准直系统，其特征在于，所述共轭光发生组件进一步包括反射镜设置于所述第二激光的光路上，用于对第二激光进行反射，使入射到液晶阵列的第二激光的传播方向与入射到电荷耦合元件的参考光的传播方向相反。

8.根据权利要求7所述的激光准直系统，其特征在于，所述激光输出单元包括第一激光器和第二激光器，从第一激光器及第二激光器出射的所述第一激光与第二激光平行且同向传播，所述第二激光经过反射镜反射后入射到液晶阵列。

9.一种基于激光干涉的位移测量系统，其特征在于，所述位移测量系统包括：

激光输出单元，用于输出激光；

第一分光镜，设置于从所述激光输出单元输出激光的光路上，用于对激光输出单元输出的激光进行反射及透射，形成第一反射光及第一透射光；

第二分光镜，设置于所述第一透射光的传播光路上，用于对所述第一透射光进一步分光，再次形成第二反射光及第二透射光，所述第二透射光为信息光，用于入射到待测目标并采集位相信息；

反射镜，设置于从第二分光镜出射的反射光的光路上，用于对第二反射光再次进行反射，使所述第二反射光返回并再次透过第二分光镜；

共轭光发生组件，设置于第一反射光的传播光路上，用于输出信息光的全息共轭光，所述共轭光发生组件包括：

第三分光镜，设置于第一反射光的光路上，用于将所述第一反射光再次进行反射和透射，形成第三反射光及第三透射光，所述第三透射光作为参考光；

电荷耦合元件，用于接收所述参考光及所述信息光并获取全息干涉图像，并将全息干涉图像转换为电信号，并且入射到所述电荷耦合元件的参考光与第三反射光的传播方向相反；

液晶阵列，设置于第三反射光的光路上，用于接收到所述电信号并形成全息图案，所述第三反射光经过液晶阵列衍射后出射形成测量光，且所述测量光入射到待测目标，经过待测目标反射后，沿所述信息光入射到待测目标的光路逆向返回，再次入射到所述第二分光镜；

第一反射镜组，设置于参考光的光路上，用于将参考光反射进所述电荷耦合器件，以使进入电荷耦合器件时的参考光的传播方向与入射到液晶阵列的第三反射光的传播方向相反；

第二反射镜组，设置于经过待测目标反射后的信息光的光路上，用于将信息光反射进所述电荷耦合元件，以使所述信息光与所述参考光干涉形成全息干涉图像；

光电探测器，设置于被所述第二分光镜反射的测量光的光路上，用于探测被第二反射镜反射的测量光以及从所述第二分光镜透射的第二反射光并转换为电信号。

10.一种基于激光干涉的位移测量系统，其特征在于，所述位移测量系统适用于双频干涉仪，所述位移测量系统包括：

激光输出单元，用于输出激光；

第一分光镜，设置于从所述激光输出单元输出激光的光路上，用于对激光输出单元输出的激光进行反射及透射，形成第一反射光及第一透射光；

第二分光镜，所述第二分光镜为偏振分光镜，设置于所述第一透射光的传播光路上，用于将第一透射光分为第一偏振光及第二偏振光，所述第一偏振光为信息光，用于入射到待测目标并采集位相信息；

反射镜，设置于从偏振分光镜出射的第二偏振光的光路上，用于对第二反射光再次进行反射，使所述第二反射光沿第二偏振光的入射光路返回偏振分光镜；

偏振片，设置于第一反射光的传播光路上，用于将第一反射光进行起偏，使第一反射光形成偏振光，且所述第一反射光的偏振方向与作为信息光的第一偏振光的偏振方向相同；

共轭光发生组件，设置于第一反射光的传播光路上，用于输出信息光的全息共轭光，所述共轭光发生组件包括：

第三分光镜，设置于第一反射光的光路上，用于将所述第一反射光再次进行反射和透射，形成第三反射光及第三透射光，所述第三透射光作为参考光；

电荷耦合元件，用于接收所述参考光及所述信息光并获取全息干涉图像，并将全息干涉图像转换为电信号，并且入射到所述电荷耦合元件的参考光与第三反射光的传播方向相反；

液晶阵列，设置于第三反射光的光路上，用于接收到所述电信号并形成全息图案，所述第三反射光经过液晶阵列衍射后出射形成测量光，且所述测量光入射到待测目标，经过待测目标反射后，沿所述信息光入射到待测目标的光路逆向返回，并与所述第二偏振光进行干涉形成干涉光；

第一反射镜组，设置于参考光的光路上，用于将参考光反射进所述电荷耦合器件，以使进入电荷耦合器件时的参考光的传播方向与入射到液晶阵列的第三反射光的传播方向相反；

第二反射镜组，设置于经过待测目标反射后的信息光的光路上，用于将信息光反射进所述电荷耦合元件，以使所述信息光与所述参考光干涉形成全息干涉图像；

第四分光镜，用于对测量光以及从第二分光镜返回的第二偏振光进行反射；

光电探测器，设置于从第四分光镜分光的光路上，用于获取测量光及第二偏振光并转换为电信号。